L'histoire de l'église Saint-Germain commence avec l'arrivée de moines bénédictins à Fontenay-le-Fleury, dans l'actuel département des Yvelines, pour mettre en valeur les terres. Un oratoire est édifié. Selon un schéma de développement bien connu au Moyen Âge, l'activité besogneuse des moines attire les paysans ; un petit bourg se forme ; une paroisse se crée. Du XIIe au XVe siècle, l'oratoire s'agrandit et devient le chœur sur lequel débouche une petite nef. L'église, dédiée à saint Germain, est alors un édifice attenant au prieuré bénédictin. À la fin du XVe, il est détruit par un incendie.
Faute de population, il faut attendre la décennie 1540 pour lancer la reconstruction. La fabrique opte alors pour une sorte d'église-halle. En effet, la nef se double, au sud, d'un large bas-côté de style assez éclectique : voûtes sur croisée d'ogives, issues de l'art gothique, avec des clés de voûte illustrant la salamandre de François Ier et le taureau ; baies en plein cintre, à la mode romane, perçant un mur scandé de contreforts ; à la retombée des ogives, des consoles d'un style presque Renaissance. Le mur gouttereau, qui fermait la précédente nef, est remplacé par une suite de quatre arcades. L'église-halle est ainsi séparée en deux vaisseaux. La présence, du côté de la nef, de départs d'ogives rompues laisse penser à une modification dans le choix du voûtement. La voûte en berceau surbaissé a été préférée aux croisées d'ogives (voir plus bas).
Le clocher, de style roman, ne possède qu'une seule cloche dont les Fontenaysiens semblent très fiers. Nommée Germaine, elle a été installée en 1529 et classée monument historique en 1995.
En 1793, l’église devient temple de la Raison. En fait, elle va servir de salle de réunion à une municipalité sans mairie. De 1801 à 1844, Saint-Germain, revenue au culte catholique, est une annexe de l'église de Saint-Cyr. Elle devient enfin église paroissiale en 1856. Par chance, le propriétaire du château de Fontenay, Félix Barthe, qui est aussi ministre de la Justice et des Cultes, est un ami de l'empereur Napoléon III. Celui-ci accorde plusieurs subsides, pris vraisemblablement sur sa liste civile, pour restaurer l’église.
Saint-Germain, de petite taille, possède un intérieur très sobre. Une dalle mortuaire du XVIe siècle est accrochée au mur, sur la façade de l'entrée. Elle porte les armes de la famille des Gondi, seigneurs de Villepreux. Au XIXe siècle, l'édifice avait été orné de vitraux d'époque. Malheureusement, lors du bombardement massif de la R.A.F sur Saint-Cyr-l'École fin juillet 1944, Fontenay-le-Fleury, tout proche, n'a pas été épargné. Les vitraux ont tous été détruits sauf celui qui illustre sainte Jeanne d'Arc (resté entier). Des résidus ont été rassemblés, dans le désordre, au sein d'un petit vitrail consacré à sainte Marguerite, dans le bas-côté sud. Les autres ont été remplacés par des créations de l'atelier versaillais d'André Ripeau en 1947. Ils sont tous donnés dans cette page.
À titre d'anecdote, notons que François Ier est venu à l'église Saint-Germain en février 1547. C'était à l'occasion de l'une de ses visites à sa favorite, Anne de Pisseleu, duchesse d'Étampes, en son château des Clayes. Cependant, l'ouvrage Le Patrimoine des Communes des Yvelines (éditions Flohic, 2000) indique simplement que François Ier, se rendant à Villepreux chez le seigneur La Ballue, serait, selon la tradition, passé à Fontenay-le-Fleury. Notons aussi que le comédien et dramaturge Sacha Guitry a épousé à Saint-Germain sa quatrième femme, Geneviève de Séreville, le 5 juillet 1939. C'était son premier mariage religieux.