C'est une réalisation marquante dans l'histoire de l'architecture, car pour la première fois des architectes ont conçu une église entièrement en béton armé, avec structure en voile mince, et ont revendiqué délibérément ce choix, en laissant le matériau à l'état brut. La légèreté des 32 colonnes élancées et la lumière des grandes verrières aux variations chromatiques subtiles définissent une esthétique nouvelle, empreinte d'un grand classicisme : une nef centrale flanquée d'un collatéral de chaque côté, le clocher (inspiré des tours-lanterne médiévales) est au-dessus du porche sur la largeur de la nef, entre le baptistère et la chapelle des morts qui sont au bout des collatéraux, la principale originalité de l'église est son occidentalisation : l'autel est à l'Ouest.
Pour Peter Collins, « le résultat donne assurément le bâtiment le plus révolutionnaire construit dans le premier tiers du XXe siècle ».
« L'architecture est l'art de faire chanter le point d'appui »
— Auguste Perret, conférence donnée le 31 mai 1933 à l’Institut d’art et d’archéologie de l’Université de Paris
L'église est empreinte de la doctrine rationaliste : la forme découle de la structure. Elle est composée d'un assemblage d'éléments indépendants ayant chacun un rôle structurel. Les éléments porteurs, 32 fines colonnes isolées dans l'espace, sont mis en évidence et détachés des parois pour montrer l'indépendance de la structure porteuse et des remplissages qui constituent les limites spatiales de l'église.
Auguste Perret s'est attaché à utiliser un minimum d'éléments (un seul type de colonne utilisé quatre fois pour former les piliers du clocher, 5 types de claustras utilisés pour les verrières, les garde-corps, la grille du chœur, la table de communion, la perforation des voûtes, etc.) pour maîtriser les coûts de construction (en standardisant les moules et en permettant une mise en œuvre rapide à la main) et l'harmonie de l'ensemble.
« Elle possède un masque (façade) qui couvre la beauté de la coupe du vaisseau (en béton armé, selon les principes industriels). »
— Le Corbusier, à propos de l’église du Raincy
La reconnaissance critique de Notre-Dame du Raincy fut immédiate. Un large éventail des revues françaises d'art, de technique ou d'opinion louèrent l'œuvre des frères Perret et son retentissement fit vite écho en Italie, en Grande-Bretagne, en Suisse, en Tchécoslovaquie, aux États-Unis, et ailleurs…
En 1938, à Tokyo, une réplique de Notre-Dame du Raincy fut construite à l'échelle moitié pour l'Université des femmes chrétiennes.
Il s'agit par ailleurs de la première église pour laquelle les frères Perret interviennent comme architectes (ils avaient participé en tant qu'entrepreneurs à la construction de la cathédrale d'Oran en 1908). Les autres églises projetées et/ou construites par Perret sont des déclinaisons de l'église du Raincy :