La première mention de l'église Saint-Martin de Vourey date de 1034, sur un acte de donation au prieuré Saint-Pierre de Moirans dont elle dépendait, tout comme celle de Saint-Jean-de-Chépy.

Elle est aussi mentionnée dans le Pouillé de Saint Hugues (1100) sous le nom de : "Sancti Martini de Volvredo, prope Tollinum“.

Les parties les plus anciennes de l'édifice, clocher et abside appartiennent probablement à une reconstruction effectuée au XIIe siècle, bien que la flèche couronnant le clocher, d’un modèle traditionnel, soit beaucoup plus récente et elle peut être comparée à celle de Saint-Pierre-de-Moirans (XVIIIe siècle).

La chapelle latérale qui subsiste conte le mur ouest pourrait dater de la fin du XVe siècle ; elle a visiblement été fortement restaurée (et redécorée) au XIXe siècle.

La visite pastorale de 1769 nous décrit alors une église "bâtie de massonnerie, lambrissée, pavée de molasses et couverte de thuiles en bon état, ainsi que les vitres" et garnie de nombreuses chapelles.

On y mentionne aussi l'existence d'une sacristie construite au cours du XIXe siècle dite «plafonnée », pavée de planches et couverte de thuiles en bon état".

L'église figure sur le cadastre de 1808 comme un petit édifice de plan complexe du fait des chapelles existantes encore alors de chaque côté, mais dont le chevet droit et le bloc du clocher sont bien identifiés.

Mis à sac pendant la Révolution, l'édifice est dit menacé (charpente, pavé, et murs sont pourris). Diverses réparations sont entreprises, mais il faut attendra 1834 - 1835 pour qu'une première campagne d'agrandissement voie le jour, menée par l'entrepreneur François Buisson, sous la direction de l'architecte - voyer Barral.

En l'absence des plans et du devis, seul le procès-verbal de réception nous informe sur des "augmentations d'épaisseur" de murs du côté du chœur et de la sacristie surtout, ainsi que sur l'utilisation de "pierre molasse" pour toutes sortes d'encadrements (dont la grande porte).

La charpente est aussi rénovée et le carrelage du chœur refait. Mais moins de vingt ans plus tard, en 1853, un nouvel agrandissement est décidé, cette fois du côté de la grande porte. Les travaux, conduits par l'architecte local Charles Giraudeau, vont aboutir à la démolition et reconstruction de la façade et l'établissement de nouvelles fondations (plus de 23 m), notamment du côté de la cure. On prévoit un "prolongement" de la charpente et du plafond précédemment existants. Mais les travaux de couverture vont donner lieu à un gros contentieux entre la mairie et l'entrepreneur Mussa, qui est dit avoir "voulu établir une voûte dont la moitié a écrasé les colonnes".

Par ailleurs, au XIXe siècle existent encore dans la paroisse les confréries du Rosaire, du Sacré-Cœur, du Scapulaire. Les mentions de travaux au XXe siècle sont bien plus lacunaires : on retiendra que le plafond a été refait dans les années 1970. C'est probablement à cette époque que l'ancien décor peint est piqué ou recouvert.

Située à flanc de coteau un peu au-dessus du village, implantée parallèlement à la pente, l'église de Vourey reste implantée sur son site d'origine, autrefois entourée d'un cimetière.

Extérieurement, elle apparaît comme un bâtiment à nef unique, se terminant par une abside en hémicycle avec un clocher accolé au nord, seules parties anciennes de l'édifice.

Le clocher, puissante construction en appareil moyen de tuf, présente un seul étage de baies avec ouvertures géminées amorties en plein cintre sur chaque face.

Quant à l'abside, son ancienneté n'est attestée que par l'existence d'une corniche en tuf et à son appareillage de galets apparent en quelques endroits. Bien que très probablement éclairée à l’origine, elle ne présente plus, dans son état actuel, la moindre trace de fenêtre.

Pour le reste, l'église actuelle, lourdement enduite, est manifestement issue d'une reconstruction au XIXe siècle. Seule la façade, en maçonnerie de moellons et galets, est restée sans enduit.

Elle est percée d'une belle porte en plein cintre avec entablement et surmontée d'un grand oculus mouluré, le tout en pierre calcaire de l'Echaillon, matériau également utilisé pour les chaînages d'angle et le bandeau de corniche rampante, sous le pignon.

Les murs latéraux sont percés de baies en plein cintre (deux au nord et trois au sud) aux encadrements en molasse visibles sous l'enduit vieillissant.

Au sud, une porte précédée d'un seuil de deux marches taillées en arc de cercle permettait d'ouvrir directement vers l'ancienne cure, aujourd'hui démolie.

On pénètre à l'intérieur dans une église à nef unique, greffée sur un chœur bien plus étroit et se terminant par une abside surmontée d'un cul-de-four.

Dans sa plus grande partie, la nef est couverte d'un plafond déjà ancien, souligné par une frise décorative en grisaille de têtes d'angelots ailés réunis par des guirlandes.

Les murs longs sont aussi ornés d'un décor peint géométrique de ton rose (probablement postérieur à l'agrandissement de 1853) organisé en deux registres, l'un à larges bandes et petits fleurons, l'autre en dessous à faux bossages en pointes de diamant.

La première travée - consécutive à l'agrandissement - est surmontée d'une tribune s'appuyant sur deux grands piliers octogonaux s'élargissant en partie haute pour s'intégrer à un système de voûtes d'arête dépourvue de faux plafonds.

La tribune, en léger dévers, semble avoir eu des problèmes de soutien : deux colonnes métalliques viennent aussi soutenir l'ensemble. A proximité du chœur subsiste une chapelle latérale, accolée à l’ouest du clocher et ouvrant sur la nef par un grand arc brisé.

Une porte axiale permet d'y accéder depuis l'extérieur, ménagée probablement au XIXe siècle dans la grande baie à remplage gothique dont l'encadrement, en pierre de molasse, a été ouvert en partie basse.

Fortement restaurée (et ornementée) semble-t-il au XIXe siècle, la chapelle pourrait avoir été construite à la fin du XVe siècle. Elle était anciennement dédiée à Sainte Catherine. La fondation de cette chapelle est probablement due à la famille Lattier, originaire de Vourey, dont on retrouve les armes sur un écu sculpté sur un des culs-de-lampe sur lequel s’effectuent les retombées des nervures de la voûte.

Deux inscriptions sur plaques de pierre y sont aussi visibles ; l'une enchâssée dans le mur, avec mention de la date "1615", commémore le souvenir de Charles de Salvaing. Elle a pu être replacée là pour garder le souvenir de la chapelle des Salvaing de Boissieu.

L'autre, gravée dans un marbre noir et scellée dans un encadrement en pierre de taille avec corniche et acrotères d'angle, rappelle l'emplacement de la tombe du Comte de Vourey, décédé en 1832 et le souvenir de ses amis le Comte de Meffray et le Comte de Bectoz.

Surélevé de deux marches, le chœur de dimensions restreintes n'est éclairé que d'une fenêtre haute côté sud, tandis qu'au nord, une pièce ménagée sous le clocher permet d'accéder à la sacristie accolée au chœur.

L'abside est, elle, ornée d'une peinture (du XIXe siècle probablement) figurant le Christ encadré de Saint François-Régis et de Saint-Martin.