L'existence de l'église de Vicdessos est attestée dès 1081, sous l'invocation de Saint-Martin de Saos ou de Sos (appellation ancienne de Vicdessos). Elle appartenait depuis le Moyen-Age à l'abbaye de Saint-Sernin de Toulouse.

Sur un plan architectoral, la caractéristique de l'édifice réside dans le fait que le clocher se dresse sur le flanc méridional de l'église. De forme carré et d'inspiration romane, il fut construit en pierre et souvent remanié. La grande arcature et les deux étages de fenêtres géminées en plein cintre ont perdu, au siècle dernier, les colonnes couronnées de chapiteaux en encorbeillement qui soutenaient la retombée des deux arcs. Les colonnes ont été remplacées par des piliers oblongs arrondis sur la face. L'étage supérieur a été surélevé en une fléche élancée octogonale à la manière du clocher de la basilique Saint Sernin de Toulouse.

Des vestiges de l'église primitive, il reste à l'intérieur du clocher trois grandes ouvertures surmontées d'arcs en plein cintre, en pierre de taille, au dessus desquelles se dessinent des voûtes en berceau.

L'église ne comprenait à l'origine qu'une nef, alors qu'à une époque plus récente vers le XVè- XVIè siècle deux nefs latérales ont été rajoutées. De style ogival, elles se terminent par un mur droit. A l'origine, les têtes humaines ainsi que les êtres fantastiques qui ornaient les coussinets des arcs doubleaux ont aujourd'hui malheureusement disparus.

Le portail d'entrée, en pierre de taille, date également de l'époque gothique.

Contigu au flanc droit du sanctuaire se trouve l'ancienne chapelle dite de Saint-jean. Elle est devenue par la suite la sacristie. Elle est actuellement inaccessible.

A l'origine, il existait un porche qui prenait appui sur le mur ouest de l'église. Il a été abattu pour y ajoutér quatre contreforts en 1860.

La façade fut ensuite éclairée par de hautes fenêtre de style ogival, en harmonie avec le porche.

L'intérieur est orné d'un grand rétable de style Restauration. Le tableau central représente l'Assomption de la Vierge. Cette peinture est une copie d'un tableau du peintre Despax (1709-1773), conservé au Musée des Augustins de Toulouse. Cette copie semble être l'oeuvre de J.F. Faure élève de Despax.

Les deux statues en bois doré placée de part et d'autre du rétable sont Notre-Dame des Victoires et Saint-Joseph.

Sur le mur latéral sud, il est représenté la Nativité et l'adoration des Bergers signée par les peintres Glaize et Mercadier en 1847.

Sur le mur latéral nord, il y a la représentation de la fuite de la sainte famille en Egypte signée par Mercadier (1850).

Une confrérie de Notre Dame du Rosaire avait été crée à Vicdesssos en 1613, mais ce n'est qu'en 1660 qu'un autel lui fut dédié. Le rétable actuel date du début du XVIIIè siècle ainsi que les statues en bois doré de Saint-Sébastien et de Saint Roch. Au centre du rétable, il y a une représentation de la remise du chapelet par la Vierge à Saint Dominique.

Le tabernacle est daté du XVIIIè siècle.

L'autel Saint Jean -Baptiste est une oeuvre du Frère Louis Tournié. Il y sont représentés les grandes statuts de Saint Eloi et Sainte Luce encadrant Saint Jean-Baptiste.

En face de la très belle chaire en bois peint, probablement du XVIIè siècle, il ya un Christ en Croix du XVIIè siècle sur le pillier sud.

Il est à remarquer les peintures de la voûte du choeur et de la nef centrale, exécuté vers 1840 par Podoya, un peintre décorateur italien et restaurées en 1995.

Les vitraux de la maison Gesta de Toulouse datent de 1880.

Les clôtures du choeur, des autels latéraux et des fonts baptismaux (XVIIIè- XIXè siècle) en fer forgé, ont été travaillés dans les forges de la vallée à partir du minerai de Rancié.

L'orgue placé au dessus du tambour d'entrée semblerait dater de la première moitié du XVIIè siècle (probablement vers 1640).

Il est classé parmi les trois plus anciens de la région Midi-Pyrénée, et a été souvent restauré. Une première intervention fut entreprise vers 1780, puis à plusieurs reprises au cours du XVIIIè siècle. Des modifications importantes ont été réalisé en 1882.

Il a été classé Monument historique pour la partie musicale le 7 octobre 1977, ce qui a facilité l'entreprise de restauration à l'ancienne inaugurée en août 1991. Par contre le buffet n'a pas été classé. La façade est découpée en soleil pour une meilleure propagation du son. Avec ses montants en chêne et ses panneaux en noyer pourtant d'époque Louis XIII, il a été repeint vraisemblablement au XIXè siècle donnant cet aspect terne et négligé. Il serait bienvenue de faire réapparaitre grâce au travail de spécialistes les dessus polychromes donnant à l'ensemble une autre allure. Un certain nombre d'éléments comme l'intérieur de l'orgue, les tuyaux sont d'époque.

L'orgue dispose de deux claviers de 32 notes, à l'arrière du buffet, d'un pédalier de 24 touches, de 17 jeux, de 967 tuyaux dont 500 d'origine.
Placés sous la tribune, il y a deux soufflets "donnant le vent" gonflés à bras d'homme. Ces deux soufflets peuvent être relayés par un mécanisme électromécanique installé en 1995.