En 599, le village est le théâtre de la bataille de Dormelles. Les récits de l'événement relèvent souvent de la légende, et la seule source fiable est réduite à quelques lignes rédigées par Frédégaire, successeur de Grégoire de Tours : « La cinquième année du règne de Thierry les rois Thierry et Théodebert levèrent une armée contre le roi Clotaire, et en étant venus aux mains sur les bords de l'Orvanne non loin de Dormelles, l'armée de Clotaire fut taillée en pièces ».

Au Moyen Âge, deux seigneuries se partagent le territoire : celle de Dormelles, rattachée à l'église paroissiale, et celle de Challeau, d'une superficie de 150 hectares au XIIIe siècle, sur les communes actuelles de Dormelles et Villecerf. Cette dernière, desservie par la chapelle Sainte-Madeleine, se subdivise elle-même en deux autres seigneuries : celle de Beaumont-les-Challeau et celle du Fort.

L'ordre des templiers rachète plusieurs terres aux Montmorency à partir de décembre 1243. Ansel de Dormelles et son épouse Mathilde leur vendent seize arpents et demi de terre. Différents dons se succèdent ensuite, notamment de Raoul Le Maire et d'Adeline, son épouse.

Au XVe siècle, le village souffre beaucoup des guerres qui ravagent dans le pays. Les hospitaliers, qui succèdent aux templiers, reconstruisent les bâtiments ruinés par les attaques. Seule la chapelle des templiers est préservée et permet la pratique du culte.

Une importante manufacture de drap, créée par Antoine Lefèvre de Caumartin, compte jusqu'à 200 employés à la fin du XVIIe siècle, mais ferme au siècle suivant en raison du départ des ouvriers protestants qui ont refusé d'abjurer après la révocation de l'édit de Nantes.

source : ASPHD Association pour la Sauvegarde du Patrimoine Historique de Dormelles.

Elle est très endommagée par les Anglais et les Bourguignons durant la Guerre de Cent Ans. Il ne reste rien ou presque de l'église construite aux XIIe et XIIIe siècles, la nef et le clocher sont privés de leur toiture et de leur voûte. Sa reconstruction après la guerre de Cent ans, dans le style gothique date de la fin du XVe siècle.

De plan basilical, se terminant par un chevet droit percé de trois ouvertures, elle présente la particularité de posséder un clocher carré en pierre.

Parmi les objets mobiliers, on remarquera une Vierge à l'Enfant du XIIIe siècle en bois, un groupe sculpté en pierre de la fin du XIVe siècle qui garde des traces de polychromie, la Charité Saint-Martin, et une statue de Jeanne d'Arc. Un nouveau vitrail de Jeffrey Miller et une croix ancienne de Saint-Pierre restaurée ont été inaugurés en octobre 1997 par l'Association de Sauvegarde du Patrimoine Historique de Dormelles.

Un escalier à vis permet d'accéder au sommet du clocher où une énorme cloche, haute de 1m, fut installée en 1869, en remplacement de l'ancienne cloche fêlée. Elle porte l'inscription suivante :
« Florimond Ledru, conseiller général d'arrondissement pour ledit canton, étant maire et Frédéric Rabier adjoint, Vincent Leveau, Jean-Louis Venet, Michel Blanchard, Jean-Baptiste Goix et Pierre Tourte, marguilliers » Dubois Gallois et Fils, Fondeurs à Paris.