L'importance de la vicomté de Carentan et par la suite de son imposante église s'explique par la position même du bourg, unique lieu de passage entre le Cotentin et le reste du duché de Normandie. L'église fut édifiée au XIe siècle. De l'époque romane ne subsistent que le portail ouest, la partie inférieure des piliers, les quatre maîtres-piliers de la croisée de transept avec les arcades romanes et leurs chapiteaux décorés de sirènes et autres monstres.

Elle fut ruinée par les ravages de la Guerre de Cent Ans. Les Anglais, établis depuis 1418 à Carentan, commencent vers 1440 la reconstruction de l'église qui tombait en ruine. Elle commence par la nef, le collatéral sud, et le superbe clocher, dans le style gothique. Sa superficie est doublée par la construction du choeur gothique flamboyant, à deux niveaux, du déambulatoire et du collatéral nord vers 1466, grâce aux largesses de Guillaume de Cerisay, bailli du Cotentin. En 1517, la Chapelle du Rosaire, consacrée à la Vierge Marie, est ajoutée à l'extrémité du chœur ainsi que la barrière entourant le chœur et une quinzaine de verrières.

Côté cœur de ville, la façade sud est richement sculptée : quatre anges musiciens, Saint-Michel terrassant le diable et le restes d'une chasse à coure sur le portail.

En 1944, les bombardements américains causèrent de graves dégâts à la flèche, à la toiture, au grand portail ouest et au chœur. L'orgue fut très endommagé, l'horloge détériorée.

Les vitraux : l'église Notre-Dame de Carentan possède un ensemble remarquable de vitraux (15 verrières du XVe siècle, 1 verrière du XVIe siècle, 6 verrières du XIXe siècle, 2 verrières réalisées à la manière du XVe siècle en 1987 et 1 verrière réalisée en 1955 en l'honneur de la libération de Carentan par les soldats de la 101e Airborne en 1944 représentant des scènes de guerre : parachutages au-dessus des marais de Carentan, une famille en exode, médecin et soldats en action et l'écusson de la 101e Airborne.

Les peintures : "Assomption de la Vierge" dans le choeur, "Donation du Rosaire" dans la chapelle, "L'Annonciation" dans le transept sud et une "Crucifixion de Saint-Pierre" du XVIe siècle.

Le grand orgue Notre-Dame : classé MH pour le buffet et la tuyauterie, restauré selon l'esprit classique de la fin du XVIIe siècle, il est l'un des rares instruments de ce style dans le département de la Manche. Il a été réalisé de 1803 à 1805. Il est l'oeuvre de Louis Lair, facteur d'orgue au Mans.