Au XIème siècle, le monastère étant en ruines, on fit construire une église. L’ûtes et l’église et le prieuré sont placés sous l’invocation de St Cyr et Ste Julitte (patrons primaires, St Lié étant le patron secondaire). L’église est édifiée en calcaire pour les soubassements et les piliers, en tuffeau dur pour les murs et en tuffeau pour les voûtes et l’appareil décoratif. La première construction est une croix latine avec une nef unique couverte de charpente. François Alaman (fils du 1er seigneur connu du Gué Péan) est inhumé dans cette église en 1555, devant la chapelle de la Vierge. En 1638, le corps de René Alaman est placé dans le caveau sous la chapelle de la Vierge et en 1644, il en est de même pour Louis Alaman.

Au niveau de l’architecture, on remarque que l’abside est dirigée vers l’Est (vers Jérusalem) et que le chœur est dévié vers le Nord, peut-être pour tenir compte d’un élément naturel (comme une source sacrée) sur lequel elle aurait été bâtie. De cette première construction, il reste aujourd’hui le chevet, son appareil décoratif, la partie centrale de la façade et l’escalier conduisant aux combles. Cet escalier aurait servi de tour de guet au Moyen-Age. Il a été enfermé dans le mur au XIème siècle. C’est au XIIIème siècle, que le clocheton fut remplacé par l’actuel clocher carré et que l’on construisit les deux chapelles de part et d’autre du chœur. L’une est dédiée à St Lié au Nord et l’autre à la Vierge au Sud.

L’église fut agrandie au XVème siècle, elle prend alors l’aspect actuel. Aujourd’hui, elle présente donc une nef à quatre travées de plan barlong (qualifie un espace allongé, le plus souvent rectangulaire, et disposé perpendiculairement à l’axe du bâtiment) accostée de deux bas-côtés. Le tout s’ouvre sur un transept dont le bras nord reçoit une chapelle orientée dédiée à St Vincent et le bras Sud une chapelle orientée dédiée à la Vierge. La croisée de transept se prolonge par un chœur constituée d’une travée droite et d’une abside. Le clocher surmonte la croisée de transept, on y accède par l’escalier à vis situé dans le bras nord du transept. L’église est couverte de voûtes croisées d’ogives, à l’exception de l’abside du chœur, voûtes en cul-de-four, et de la sacristie couverte d’un plancher.

Les toitures sont revêtues d’ardoises, mais des vestiges de tuiles plates permettent de croire que la première couverture était de ce matériau. Pour ce qui est des contreforts, le revêtement d’ardoise est tardif. En 1935, une fenêtre en plein cintre remplace la fenêtre en tiers point à remplage flamboyant de la façade occidentale.

L’église St Cyr et Ste Julitte présente un élément intéressant sur les façades extérieures. L’abside est ornée d’un appareil décoratif géométrique. Sur les parties latérales, se détache un triangle à angles abattus, dont les côtés sont formés d’une moulure ornée de billettes en damier. À l’intérieur des triangles, chaque échantillon de l’appareil réticulé est orné d’un œil de perdrix tracé à la pointe. La partie centrale de la frise est décorée de rosaces à quatre pétales : jeu de cercles qui s’entrecroisent régulièrement. Des décors de ce type caractérisent de nombreux édifices du VIème siècle dans la vallée moyenne de la Loire. Ces appareils ont été datés du Vème siècle par l’abbé Plat et considérés comme des appareils carolingiens. Trois bandes d’appareil décoratif animent également la façade occidentale. Chaque bande est constituée de deux assises de pierres taillées en mitre, emboitées par leur pointe en opus spicatum.
Notre église montholienne possède un très bel ensemble de charpente en chêne datant du XIIIème siècle au-dessus du clocher, du transept et de la travée du chœur, et du XVème siècle pour celles situées au-dessus de la nef et des bas-côtés.
Alors que le clocher permet l’installation de trois cloches, une seule aujourd’hui sonne les heures, l’angélus et les événements du village. Celle-ci s’appelle Marie-Charlotte et a été mise en place en 1765. Toutefois, même si la cloche est unique, et aujourd’hui, électrique, trois maillets de carillonneur se trouvent encore dans le clocher.