L’église de Leudeville fut probablement bâtie par l’Abbaye parisienne de Saint Germain des Prés et devait comprendre tout le territoire de Vert-le-Grand et Vert-le-Petit. Lors du démembrement de Leudeville, Vert-le-Petit fut érigée paroisse et prit selon l’usage le même patron : Saint Martin. Vert-le-Grand porte le nom de Saint Germain de Paris.

Il a dû se produire à Leudeville les grands désastres qui saccagèrent tant d’églises dans la région, tout particulièrement dans les années 1358-1360 : Orly, Melun, Etréchy, Arpajon. Ce qui explique les différents styles et les particularités architecturales du bâtiment.

L'église de Leudeville est sous l'invocation de Saint Martin. Saint Loup ou Leu est regardé comme second patron de cette église, il y avait autrefois un autel en son nom avec un petit monument.

Extérieurement le frontispice se présente sous la forme d’un large pignon, dont la partie centrale indique la nef et de légers retraits les collatéraux. Le retrait droit présente un non alignement et un décalage révélateur de deux époques de construction. Cette partie de l’édifice remonterait au XI° /XII°siècle, ainsi que l’indiquent les restes de l’architecture ogivale de la porte. Celle ci est un exemple très simple de l’art roman dans les pays situés au Nord de la Loire. L’archivolte légèrement surbaissé comprend 2 arcs en forme de boudin sous moulures. Le tympan a été remplacé par un mur nu, sans doute contemporain de la porte d’entrée en bois clouté. Un porche avec une grille existait fin XVIII°. Deux colonnes avec chapiteaux primitifs en volute, très marquées par le temps encadrent celle-ci. La rangée de petites fenêtres accolées et plein cintre qui est au-dessus de cette porte, est d’un style peu usité dans nos églises rurales et doit être dater probablement de l’installation de l’orgue au XIX°siècle. La grande arcade de ciment située au-dessus de la porte est du XX°. Le chevet plat est du XIII° siècle.

Intérieurement cette église se compose d’une nef et de deux collatéraux. Le choeur, ajouté ou reconstruit au XIII° siècle, et le sanctuaire ont deux travées sur croisée d’ogives, beaucoup plus élevées que la nef, avec des nervures qui viennent se reposer d’un côté sur les deux seuls chapiteaux à feuilles et à crosses, puis du côté du sanctuaire sur deux autres dont les motifs sont des anges accroupis, l’un jouant d’un instrument à cordes et l’autre de la musette. La nef ne possède ni galeries ni vitrages dans les côtés. Elle ne tire sa lumière que des ailes et du fond du sanctuaire terminé en pignon avec de hauts vitraux. La voûte de la nef qui était autrefois ogivale, a été par suite d’une reconstruction refaite en forme de berceau écrasé.

Les collatéraux paraissent avoir été ajoutés au XV° siècle, les raccordements de maçonnerie sont très visibles sur la façade, avec d’ailleurs des alignements relatifs. Les voûtes des collatéraux sont beaucoup plus basses, elle sont sur croisées d’ogives à doubles nervures avec boudins. Dans l'aile méridionale à la naissance d'une voûte est un écu chargé d'un écureuil d'un côté et de l'autre d'une grille en herse. Diverses autres figures très représentatives sont visibles dans cette même aile. Les chapiteaux de droite (XI /XII°) ont été retaillés pour recevoir sous le tailloir des sujets naïfs en cul de lampe. Une série de sculptures de style grotesque ou satiriques, personnages à corps d’animaux ou chaperon à pointe, portant des objets, expriment la verve d’un Moyen-âge finissant, tandis qu’une série d’angelots reflètent un art plus traditionnel. Certains personnages apparaissent dans d’autres églises de la région.

La sacristie fut ajoutée en 1666. De forme pentagonale, elle est adossée au chevet de l’église et communique directement avec le choeur. Une inscription sur pierre indique qu’elle fut bâtie par la Fabrique et les habitants; le curé était François de la Grange. Un meuble de rangement d’accessoires et vêtements sacerdotaux fut créé à l’époque de la construction de l’autel, il affiche sur son fronton les médailles de l’Union dans la Sainte Famille. Les deux édicules de même forme qui lui sont accolés sont du XIX°siècle. Le gauche comporte un calorifère à charbon qui assurait le chauffage de la Chapelle de la Salette par son autel métallique, et une bouche d’air chaud dans le choeur.

Autrefois une haute tour de grès ou clocher comportait deux pignons avec un toit à 2 pentes et se trouvait du côté Nord du bâtiment. Quatre cloches et une horloge réglaient les offices. En 1793, sur réquisition de l’Etat, trois cloches ainsi que la croix du clocher et autres objets sacrés furent fondues. En 1822 par suite de son peu de solidité causé sans doute par l'ébranlement que devait produire la cloche quand on la sonnait, on fut obligé de réduire cette tour de seize pieds (5,2m). C'est pourquoi aujourd'hui le clocher ne paraît plus être en harmonie avec l'église.

La cloche de Leudeville fut bénite en septembre 1770 par Messire Pierre Desvignes, et porte le nom d’Elisabeth Louise. Le parrain est Jean-Louis Richard, Seigneur de Gloriette, conseiller du roi. La marraine est Elisabeth Richard, épouse de Claude Théophile Petit, seigneur de Leudeville.

Dans le côté gauche de la nef se lit, sur une plaque de pierre, gravé en lettres romaines capitales, que le 23 Juin 1513 on présenta requête à Etienne Poncher, évêque de Paris, pour la dédicace de cette église. Il y envoya un évêque qui le fit le 26 et qui ordonna que l'anniversaire serait célébré le 25. Ferdinand de Guilhermy a décrit cette plaque dans son ouvrage « Inscriptions de la France du V° au XVIII° » 1873-1883. Il est probable que l’église avait dû avoir avant cette dédicace une restauration, car les églises de ce secteur de Châtres (Arpajon) souffrirent terriblement de la guerre de cent ans.

On voyait autrefois dans le choeur le reste de la tombe d'un prêtre du XIII° siècle, Jordan, curé de Leudeville, mort vers l’an 1220. Dans le même choeur à main droite est la tombe de Jean de Baugy, écuyer Seigneur de Leudeville, décédé en 1640. On y lisait qu'elle avait été mise par les soins de Barbe de Bragelogne, son épouse, de Gaspard, Martin et Jérôme, ses fils. Le lundi 14 Octobre 1771 a été inhumé dans la droite du chœur Pierre Desvignes, ancien curé de Sainte Croix.

Le cimetière était à l’origine à proximité de l’église, du coté Sud. Il subsiste le porche de l’entrée, celle-ci étant obturée. Il a été déplacé dans les années 1954 vers l’extrémité du village, et transformé en cour de récréation complémentaire de l’école.