L'édifice est en grande partie roman mais a reçu quelques adjonctions modernes. Vers 1188 c'était une dépendance de l'abbaye d'Ebreuil. Cette église possède une nef, un transept à bras saillants et un chœur à abside semi-circulaire. Le transept a son carré couvert d'une coupole sur trompes portées par quatre arcs brisés reçus sur colonnes engagées. Sur le massif carré du clocher a été montée à l'époque moderne une tour octogonale surmontée d'une flèche.

L’église est placée au sommet d’un terrain surélevé, bordé d’un mur à l’est. Il n’est pas impossible que ce sanctuaire reprenne alors l’emplacement d’une motte et de son enceinte dont le tracé serait encore visible dans le parcellaire et la voirie. Si cela se confirmait, le site de Vergheas serait celui d’un château ayant progressivement attiré à lui la population qui était auparavant regroupée à Vergheas-le-Vieux

En 1060 le puissant seigneur de Roche d’Agoux donna l’église de Vergheas à l’abbaye d’Ebreuil. Vers le début du Xe siècle un petit prieuré bénédictin, aujourd’hui disparu, fut établi prés du hameau de Vergheas le Vieux situé à environ 500 mètres au sud de Vergheas. Il est cité dès 1118. Au XIIe siècle les moines transfèrent leur « résidence » sur le site actuel de l’église de Vergheas où existait une chapelle dédiée à Notre Dame de l’Assomption. Ils bâtirent une église plus spacieuse dans le pur style roman.

Cette église a sans doute été élevée dans le second tiers du XIIe siècle. Son achèvement est probablement plus tardif à l’observation des voûtes brisées. Les remaniements datent du XIIIe siècle pour le contrebutement de l’abside, des XVe et XVIIIe siècles pour la partie haute de la tour octogonale du clocher et l’agrandissement des chapelles latérales.

Depuis le XIIIe siècle, l’église Notre-Dame abrite la statue de la Vierge de Vergheas. La légende raconte que cette statue fût rapportée par les seigneurs locaux, notamment celui de Roche d’Agoux, probablement lors de la septième croisade. Notre Dame de Vergheas, couronnée en 1963, fait partie des cinq Vierges couronnées du Puy-de-Dôme. Son histoire est mouvementée : elle a échappé à un incendie et aux bûchers révolutionnaires. Volée en 1976, elle a été restituée en 2001.

Les vitraux du chœur ont été confectionnés par Alain Makaraviez, artiste-verrier, qui a également œuvré dans la cathédrale de Clermont-Ferrand.
Les différentes laves émaillées sur le granit local (Chemin de croix, autel, tabernacle) proviennent des ateliers de Jean Jaffeux de Riom.

Elle est inscrite à l'Inventaire Supplémentaire des Monuments Historiques en 1962.

Vue de l'extérieur et de la porte d'entrée