La situación de la iglesia en relación con la ciudad de Aubervilliers es representativa de la constitución de las aldeas medievales en la Edad Media. Inicialmente, era una capilla alrededor de la cual se construían las casas. La parroquia se creó, concretamente, en torno a la capilla de San Cristóbal, patrón de la aldea y cuyo nombre aún se utiliza para denominar el camino que bordea la Iglesia. Un camino principal conducía a la capilla, la rue du Moutier (palabra antigua para nombrar un monasterio, una iglesia o una capilla) y el pueblo fue creciendo alrededor de la calle y de la capilla.
Estamos en 1336 y una larga sequía aflige a los agricultores del pueblo. El 14 de mayo de ese año, una muchacha que rezaba a la Virgen en la capilla vio que los ojos de la estatua se desorbitaban. Al mismo tiempo, ¡comenzó a llover! El lugar se hizo famoso por este milagro. El mariscal de Toulouse ofreció velas de iglesia en homenaje a la Virgen. Todavía son visibles, expuestas en una vitrina situada en la nave izquierda de la iglesia. Después del milagro de la lluvia, la capilla se quedó pequeña para poder contener la afluencia de peregrinos, en particular las procesiones que venían de París a la Basílica, que se detenían en la capilla milagrosa en su camino. En el siglo XV se construyó una iglesia en el lugar de la capilla. Notre-Dame-des-Vertus se construyó según una forma rectangular, como una sala. La iglesia cuenta con una pieza central especialmente destacada con una representación de la Virgen y el niño. En esta pieza, la estatua de la virgen tiene la particularidad de llevar al niño Jesús en su brazo derecho, mientras que normalmente, las estatuas de vírgenes con niño lo llevan en el brazo izquierdo.
Las vidrieras de la iglesia relatan las peregrinaciones y los diferentes milagros realizados por la Virgen en la capilla, que al parecer fueron muchos, como la resurrección de un niño o la curación de enfermos. Durante la revolución de 1789, la estatua de la Virgen milagrosa fue profanada. Fue arrastrada por el camino que lleva a Saint Denis con una cuerda al cuello; el movimiento de los Sans-Culottes la quemó cantando la canción francesa "Carmagnole et Ah! Ça ira!" Una de sus manos se salvó de las llamas y se conservó. La estatua actual de la virgen, situada en la capilla de la izquierda, fue esculpida en madera de cal por la casa Baffet en 1873. Es la copia de una antigua estatua encontrada ese año en la capilla Saint-Julien-Le-Pauvre del Hotel-Dieu. Se insertó en un marco neogótico, flanqueado por dos ángeles que sostienen filacterias (un rollo de palabra con leyendas) que recuerdan el milagro en el que, en 1582, la Virgen devolvió la vida a un niño que había nacido muerto.
Tras sus victorias sobre los protestantes, Luis XIII decidió dar las gracias a la virgen. Para mostrar su gratitud, ordenó la construcción de la fachada de la iglesia Notre Dame Des Vertus en 1628, construida en el estilo barroco de la iglesia de Jesús en Roma. Esta fachada puso fin a las obras de construcción de la iglesia tres siglos después del milagro de la lluvia que la había hecho famosa, pero las obras de arte siguieron enriqueciendo el interior. Así, se conservan los capiteles de la columna central, vestigios de la construcción que datan de los siglos XIV y XV, un lienzo al óleo que representa a "Cristo en el Huerto de los olivos" (siglo XVIII) y un retrato de la Encarnación que data del siglo XIX.
El gran órgano es el único ejemplar del siglo XVII en Île-de-France. El bufé y su decoración fueron realizados hacia 1630. La ejecución de este instrumento, reconstruido en 1770-1780, fue obra de François Henri Cliquot, heredero de una famosa familia francesa de organeros. La iglesia Notre-Dame-des-Vertus, declarada monumento histórico, ha sido completamente restaurada.