L'église est un joyau de l’art gothique flamboyant construit entre 1437 et 1517. Elle possède une façade formant demi-cercle dans laquelle s'ouvrent cinq porches ornés de magnifiques portes en bois sculptées, œuvre des huchiers (ébénistes, sculpteurs sur bois) de la Renaissance.
C'est une église sans transept, comme l'église Notre-Dame de Caudebec-en-Caux, contemporaine. Par contre, Saint-Maclou conserve la tradition normande de la tour-lanterne comme la cathédrale Notre-Dame, mais en plus, elle fait office de clocher. La flèche de 83 m qui la surmonte date du XIX siècle et est l'œuvre de l'architecte Jacques-Eugène Barthélémy.
La sacristie à l'est de l'édifice est un pastiche néorenaissance, dont les colonnes de marbre sont authentiques et proviennent d'Italie.
L'église a subi de nombreux dommages lors de la Seconde Guerre mondiale avec la chute de deux bombes en 1944 entraînant destructions et incendies. En outre, elle a souffert des aléas du climat et de la pollution.
L'intérieur du sanctuaire est conçu pour recueillir le maximum de lumière et est donc très clair. C'est l'une des raisons pour laquelle on note l'absence de chapiteaux sur les piliers de la nef et du chœur, on remarque également la grande dimension des baies qui occupent tout l'espace entre les travées. Le chœur, très rénové, n'a pas récupéré ses belles boiseries baroques d'avant-guerre et seule une chapelle en a conservé. La poutre de gloire du XVIII siècle qui sépare le chœur de la nef a été préservée. Une des chapelles au sud du déambulatoire n'a pas été reconstruite après-guerre.