L'église, édifiée au XIIème siècle, n'a conservé de l'époque romane que le clocher avec sa base et le portail principal. La nef actuelle, édifiée au XIXème siècle, se trouve en position inversée par rapport à l'ancienne nef romane. Le tympan du portail, orné d'un Christ en majesté, est un chef-d’œuvre de la sculpture romane. Sa remarquable finesse de réalisation et sans doute l'oeuvre des mêmes artistes que ceux du porche de l'abbatiale de Charlieu.

L'église paroissiale Saint-Paul de Saint-Marcelin-de-Cray est un bâtiment de l'époque romane édifié vers le milieu du XIIe siècle. Le décor de bandes lombardes du clocher est alors déjà un peu archaïque. La nef de trois travées, voûtée en berceau brisé, précède une travée de chœur plus basse, sur laquelle le clocher a été établi, et une abside voûtée en cul-de-four. On a découvert des peintures murales gothiques lors de travaux en 1982 dans l'abside. Elles ont depuis lors été restaurées. Le décor de faux appareil et de fleurettes, ainsi que le motif en damier, outre les personnages figurés (les apôtres), font penser à une réalisation de la fin du XIIIe ou du début du XIVe siècle. Cette église romane offre une très belle unité architecturale. Elle mérite vraiment de s'écarter des axes principaux pour une visite particulière.