La première église de la Sainte-Madeleine est datée du XIIe siècle, elle fut édifiée probablement au même moment de la création de la ville par Henri Ier, duc de Normandie et roi d’Angleterre. Elle fut construite à cette époque principalement en pierre de Grison, matière que l’on trouve facilement dans la région. Il en reste encore aujourd’hui une grande partie, notamment au niveau des piliers de la nef, qui sont cependant recouverts d’enduits, et des confreforts extérieurs.

1465-1526, construction de la tour actuelle, avec une base en gros blocs de grès. Elle fut terminée grâce à la générosité de Artus Fillon, curé de Saint-Maclou dans la ville de Rouen qui deviendra évêque de Senlis. Elle fait une hauteur de 56 mètres et semble se rapprocher de la Tour de Beurre de la Cathédrale de Rouen notamment par ses riches décorations.

Fin XVe, construction du chœur de l’église, selon une étude de Nicolas Trotin

Vers 1630, rajout de deux transepts.

1661, est baptisé Paul Bertrand, dit Saint-Arnaud, qui fut un des nombreux français à avoir voyagé en Nouvelle France ( Quebec et Canada actuel ). On recense vingt-cinq mille descendants de Paul Bertrand en Amérique du Nord, du Québec à la Louisiane, qui ont souvent pour nom Saint-Arnaud, un nombre total estimé à cent mille. Madonna, la chanteuse mondialement connue, est une de ses descendantes. 

1753, construction de l’orgue de Jean-Baptiste Nicolas Lefèvre, initialement installé dans l’église Saint-Pierre de Caen, l’église décida rapidement de le remplacer par un plus grand et décide de le vendre. L’orgue fut ensuite racheté par marguilliers de Sainte-Madeleine et inauguré le 21 novembre 1784. La console de l’orgue est composée de quatre claviers manuels de 56 touches et d’un clavier de pédale de 32 touches. Le grand orgue comprend 48 jeux et compte 3516 tuyaux.

XIXe, restauration et modification, principalement des statues et les décors de la Nefs.

2011, restauration de l’orgue par Pierre Maciet, il est classé monument historique