A igreja de Saint-Pierre de Montmartre é o único edifício restante da abadia real de Montmartre e é uma das mais antigas de Paris, tendo sido consagrada em 1147, na segunda-feira de páscoa, pelo papa Eugénio III. Em 1923, foi classificada como monumento histórico.
No local havia uma igreja merovíngia do século VII construida sobre as fundações de um templo romano dedicado ao deus Marte, que deu origem ao nome do bairro. O topônimo latino Mons Martis.(Monte de Marte) evoluiu no período Merovíngio para Montmartre.
Essa igreja foi pilhada pelos Normandos em 855 e reconstruída em 944. Por volta de 1096 foi cedida ao priorado Saint-Martin-des-Champs e, em 1133, a antiga igreja merovíngia em ruínas foi adquirida pelo rei Louis VI. Então foi iniciada a construção de outra igreja para integrar a abadia beneditina fundada por sua mulher, a rainha Adèle de Savoie. Por mais de seis séculos a igreja serviu a paróquia e ao convento.
A obra seguiu o modelo tradicional românico da Idade Média, com três alas e um transepto. A fachada data do século XVII e as portas de bronze são de 1980, por T. Gismondi. A nave, românica, tem o teto em arco e dos lados há duas alas que foram criadas em 1765 (norte) e em 1838 (sul). Os vitrais são do século XX.
O coro também é de estilo românico e possui uma das primeiras abóbodas com arcos ogivais de Paris, de cerca de 1150. A abside foi reconstruída no fim do século XII. Atrás do altar está o túmulo de Adèle de Savoie, rainha da França e fundadora da abadia. Em 1611, a cripta de Saint-Dernis foi descoberta sob a capela do Martyrium. Até 1906 uma divisória (iconostase) separava o coro do resto da igreja.
Os mais impressionantes destaques arquitetônicos da igreja são as cinco colunas românicas de mármore com capitel coríntio, duas na parede oeste, uma na entrada da abside e uma na ala norte.
O cemitério adjacente à igreja, cimetière du Calvaire , que raramente está aberto para visitas, data de 1688 e abriga a sepultura do navegador Louis Bougainville (1729-1811) e a do escultor Pigalle (1714-85). Ao lado há um jardim, o Jardin du Calvaire, fechado para o público, que contém uma Via Crucis criada para o Cardeal de Richelieu. Em 15 de agosto 1534 Inácio de Loyola e um grupo de estudantes, reunidos nessa igreja, fundaram a Companhia de Jesus. Durante a curta duração da Comuna de Paris, a revolucionária feminista Paule Minck, instalou uma escola gratuita nesse edifício.