Au point culminant du site primitif, ce vaisseau de 44 sur 28 mètres repose sur une église basse construite pour racheter la pente. Cette église basse date de la fin XIIème siècle et après de multiples adjonctions, elle fut décorée et meublée au XVIIIème siècle (avec les 7 tableaux de la vie de la Vierge, par exemple). Elle compte de nombreuses statues allant du XVIème siècle (Sainte Marguerite) au XVIIIème siècle (crèche…) et accueille divers objets mobiliers provenant des maisons religieuses après la Révolution (chaire des Capucins…). L’église haute date du XIème siècle, et a été reprise au XIIIème siècle. Aux XVème et XVIème siècles, de riches bourgeois neufchâtelois y font ériger leurs chapelles funéraires. Au XVIIIème siècle, le chœur est reconstruit (une abside à cinq pans remplace le chevet plat et la grille du choeur est transférée au cimetière rue de la Paix).

Au XIXème siècle, les travaux touchent le portail principal et la tour clocher. Son mobilier est très riche, avec deux retables du XVIIème siècle, un orgue de 1682 (un second orgue est dans le choeur, mais date du XIXème siècle). La pièce maîtresse de l’église est un groupe de neuf statues provenant du couvent des Cordeliers et représentant l’Onction du Christ. Les statues polychromes datent du XVème siècle et autour du Christ étendu, se trouvent Marie Jacobé, Marie Salomé, la Vierge  soutenue par Jean, Nicodème Joseph d’Arimathie, Marie Madeleine et un garde.