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L'église, construite à la fin du XIIe siècle, est située dans le département français de Loir-et-Cher, sur la commune de Montoire-sur-le-Loir.

L’ancienne église Saint-Oustrille, bâtie au pied du château, doit son appellation à Saint Austrégésile, évêque de Bourges au VIe siècle. 

Composée à l’origine d'une unique nef fermée par un chevet plat, une abside (extrémité en demi-cercle) remplaça ce dernier au XVe siècle. L’église fut agrandie par l’ajout de deux chapelles latérales éclairées par des fenêtres ogivales.

En 1589, lors du siège du château, l’église fut prise par les protestants et transformée en forteresse.
Partiellement détruite au XVIe par un incendie, elle fut réédifiée au début du XVIIe et embellie par Marie Du Bois, valet de chambre de Louis XIII, puis de Louis XIV.

A la Révolution, l’église fut vendue comme bien national en 1794.
Elle fut démembrée entre plusieurs parties dont chacune reçut un usage particulier.
En1946 coexistaient encore sur les lieux un chiffonnier, un marchand de vin, un ferblantier (fabriquant ou vendeur d'outils ou ustensiles en fer-blanc) et une blanchisseuse.

L'édifice est inscrit au titre des monuments historiques par arrêté du 28 février 2020.