Dans le cimetière actuel s'élevaient au Moyen Âge deux édifices religieux, l'église paroissiale de Marmoutier détruite en 1807 et la chapelle Saint-Denis bâtit au XIIIe siècle. La chapelle Saint-Denis possède un arc triomphal roman qui sépare la nef du choeur. Ce dernier fut construit en 1225, il est couvert d'une voûte sexpartite avec 6 portraits peints entre les ogives: Saint Léobard, Saint Maur, Saint Léon IX, Saint Benoît, Saint Pirmin et Saint Étienne. Le choeur gothique est illuminé par deux verrières ornées de vitraux illustrant le Sacré Coeur de Jésus côté Sud et l'apparition de la Vierge Marie à Bernadette Soubirous côté Nord. Le très beau retable du XVe siècle est dédié à la Vierge à l'Enfant, avec deux panneaux illustrant Sainte Catherine et Sainte Barbe, il est classé aux Monuments Historiques depuis 1971. La nef comprend, un Christ en Croix, un autel baroque dédié à Saint Denis, un panneau honorant les victimes de la guerre 14-18 orné du crucifix ainsi qu'un panneau honorant le Sacré Coeur de Jésus par les soldats revenus de la Grande Guerre de 14-18. La nef est également ornée des statues polychromes de la Vierge Marie, Sainte Thérèse de Lisieux, Saint Antoine de Padoue et Saint Sébastien. La chapelle Saint-Denis de Marmoutier est classée aux Monuments Historiques depuis 1975.