Elle fut classée monument historique le 20 juillet 1908. Édifiée au XIII^e, probablement dès 1230, sur le modèle basilique, l'église de Selongey est un monument de vastes proportions : 48,5m de long, 24,4m dans sa plus grande largeur et 8m de hauteur sous voûtes. Le chœur mesure 10m de long sur 9,75m de large.
Le bâtiment fut remanié, restauré et agrandi à plusieurs reprises. Au XIV^e, le chœur fut élargi et devint transept, un nouveau chevet lui succéda. De l'ancien chœur, il ne reste qu'une fenêtre à meneaux du XIII^e. Du XIIIe, il subsiste la partie des trois nefs entre le porche ouest et le clocher actuel. Le clocher édifié au XIV^e a été déplacé vers l'est au XVI^e. Les travées de chaque côté du chœur actuel ont été ajoutées au XV^e. Dès 1557, on a reconstruit la demi-nef actuelle, dite chapelle de la Sainte-Vierge et de Saint-Vincent. La porte principale donnant sur l'ancien cimetière date de 1604.
Le chœur actuel a été reconstruit au XVIII^e siècle, par suite d'un éboulement accidentel; il a été refait beaucoup plus légèrement et son architecture n'est pas en harmonie avec le reste de l'église. Le chœur de l'église est éclairé par 5 grandes fenêtres munies de verrières.
On accède dans l'église par une belle porte plein cintre à tympan tréflé et encadrée de colonnettes alternativement saillantes, annelées ou rentrantes. À l'intérieur, les piliers trapus représentent une particularité rare : ils portent tous en hauteur la peinture d'un apôtre. Les diverses chapelles sont voûtées de nervures prismatiques à pénétration, et éclairées par des fenêtres à divisions flamboyantes.
Les pièces les plus intéressantes que renferme l'église sont nombreuses :
• un bénitier en métal, en fonte du XVI^e, qui n'est qu'une ancienne cloche renversée reposant sur sa base,
• un vantail d'armoire du XIII^e, en bois, muni de barres en fer forgé,
• un abbé mitré du XV^e,
• une pierre tombale gravée à l'effigie de Gérard de Rubilly datant de 1531. Il fut fondateur d'une chapelle qui sert aujourd'hui de sacristie. Il y a d'autres pierres tombales engagées sous les bancs ou les autels,
• une plaque en marbre, de fondation de messe, du XVI^e,
• plusieurs peintures murales du XVI^e situées dans le transept,
• une inscription en latin du siège de Gallas,
• divers tableaux et peintures,
• un grand Christ de Champlitte du XVII^e,
• un orgue de compositeur Widor fabriqué en 1892, transféré à Selongey en 1986 et restauré de 1986 à 1989.

L'église renferme encore nombre de trésors que l'on pourra apprécier lors d'une visite à l'église Saint-Rémy.
À la sacristie se trouve un coffre fort fermé par une porte bardée de ferrures en fer forgé du XV^e siècle.
Dans le clocher, auquel on accède par la porte intérieure de la tourelle, se trouve un célèbre carillon datant du XIV^e, composé de 48 cloches dont une est visible de l'extérieur, muette aujourd'hui, c'était une braillarde autrefois qui servait à alerter la population pour tout évènement. Ces braillardes rares de nos jours ont une facture particulière : leur diamètre est plus important que la hauteur, et leur son est agressif. Les 48 cloches enfin rassemblées le 29 octobre 1979, grâce à la générosité de Frédéric LESCURE, ont été fondues pour un poids total de 7860 kilos.