L'église Saint-Martin se caractérise par la richesse de ses vitraux : le chœur est éclairé par sept fenêtres à meneaux dont six sont ornées de vitraux datant des environs de 1470 (leur style a été rapproché d'un atelier rouennais ayant travaillé sur la cathédrale d’Évreux). La baie la plus importante comporte trois compartiments et sept sujets tirés de la vie de Saint-Martin, évêque de Tours. Les autres verrières du chœur représentent La Transfiguration, L'Ascension ou des épisodes de la vie des saints (saint Thomas, saint Nicolas, saint Hubert, sainte Catherine et sainte Barbe). Les verrières des bras du transept datent des années 1530-1540 et sont attribuées aux ateliers de l'église Saint-Vincent de Rouen (dont les verrières ont été déposées dans l'église Sainte Jeanne-d'Arc de Rouen). Elles montrent des scènes de la vie de la Vierge, accompagnés de portraits de donateurs et de représentations de vaisseaux du XVIe siècle. La chapelle Saint-Clément, aménagée dans le bras sud du transept, abrite un fragment de vitrail dédié à Saint Clément (Verrière de La Roumaine, baie n° 8), qui représente un navire de haute-mer à trois mâts, accompagné des restes d'une inscription du donateur : « L’an de grâce mille cinq cent vinct [(V)III], [P Pre ]] Delile Maistrede la roumaine et ses bourgeois ont doné ceste verriere en l’honneur de Dieu. Priez pour eulx ». Le bas-côté sud de l'église comporte des vitraux du début du XVIIe siècle, plutôt rares, dont certains en grisailles, qui représentent : la Vierge à l'Enfant, Saint-Jacques-de-Compostelle, Saint-Antoine-du-Désert, Saint-François d'Assise, Saint-Jacques-le-Mineur, la Vierge de douleurs avec une donatrice et sa fille (Colleaux, 1607), Notre-Dame de Pitié et ses donateurs.

Analyse apportée par Anne-Sophie Auger-Sergent :

« L’église de Vatteville-La-Rue présente un ensemble riche et significatif de graffiti datés du XVIe siècle au début du XXe siècle. Plus d’une centaine de gravures couvrent les appareillages de pierres calcaires (carrières de Vernon, St Leu et St Maximin dans l’Oise), de l’escalier d’accès au clocher et des faces intérieures et extérieures du monument. Les représentations gravées ont été incisées, à hauteur d’homme parfois en position assise à même le sol, après la construction du monument et non lors du transport fluvial des matériaux de construction. Leur répartition au sein de l’édifice répond avant tout à l’éclairement [lumière naturelle frisante principalement de fin de matinée]. Le faux appareillage peint et les stalles de bois du chœur (1ère phase de construction de l’église) masquent d’éventuelles gravures. Outre les graffiti de navires, quelques représentations humaines (têtes, femme priant, hommes, chevalier et son heaume) et animales (chevaux ou cervidés) côtoient des gravures d’édifice (tour), entrelacs, rosaces et fleurs de lys, présents dans d'autres édifices de la commune. L’unique graffito de moulin à vent, nombreux sur le site de Vatteville-La-Rue, semble associé et de facture similaire à un graffito de navire du XVIIe siècle (bas-côté Sud de la nef). Placés sur les points hauts, les moulins servaient d’amer et de point d’alignement pour la navigation en Seine.

Les quelques 70 graffiti à sujets maritimes, datés des XVIe à la fin du XIXe siècle, figurent des bateaux, allant de la simple coque au grand navire de guerre. Typologiquement, ils désignent des bâtiments de haute-mer et de cabotage (navire, caraque, galiote, heu, cotre, sloop, ketch, goélette, brigantin, brick, cuirassé), mis à part une rare représentation de bateau fluvial daté par inscription de 1705, similaire à celui figuré sur le tableau votif du vœu de Jean Galay provenant de la chapelle de Notre-Dame de Barre-y-Va, lieu de pèlerinage marin. Quelques gravures isolées sont datées, signées, portent le nom (Le Gob) ou indiquent la fonction du navire, telle la schématisation de sabords ou de filet de pêche. Tous les types de navires figurés étaient fréquents en Seine et construits dans les chantiers locaux, avec parfois des représentations d’éléments des techniques de construction navale hollandaise dont l’influence a été importante en Basse-Seine (XVIIe siècle). Contrairement aux édifices civils, la proportion de coque est très faible, élément qui indique une volonté de représenter le navire dans son entier sous le meilleur angle, et induit une notion de temps d’exécution plus importante. Le nombre des graffiti de navire incisés dans le monument est lié au contexte géographique qui a engendré de nombreuses activités fluviales et maritimes (pêche, cabotage, navigation hauturière). Une importante population d’armateurs et de capitaines de navire, ainsi qu’une structure portuaire, lieu de construction navale, sont attestées par les archives (registres du tabellionage de Rouen notamment) dès la fin XVe siècle. Si la pêche à Terre-Neuve constitue l’essentiel des destinations jusqu’à la fin du XVIIe siècle, les marins de Vatteville-La-Rue, en liaison avec les ports de Rouen, puis du Havre ont largement participé au grand commerce maritime normand et ce jusqu’à la fin du XIXe siècle, comme en témoignent les registres de l’État civil et de l’Inscription maritime.

Le caractère votif des gravures (recherche de protection ou remerciement pour une grâce obtenue) est indéniable. Les populations maritimes, particulièrement exposées aux dangers et incertitudes de la mer (accidents, naufrages, maladies, noyades…) et plus localement à ceux de la navigation en Seine, étaient plus enclines à rechercher une protection divine. Se perdre en mer sans sépulture chrétienne équivalait à la perte de son âme, vouée à une errance éternelle. Dans l’église, la Vierge Marie, Saint Nicolas et Saint Clément, patron des marins de Vatteville-La-Rue étaient principalement intercédés jusqu’à la fin du XIXe siècle. Les chapelles qui leur sont dédiées contiennent, outre des graffiti de navire, des ex-voto suspendus (navire, ancre et bouée) et plusieurs vitraux de peintres verriers des écoles normandes (fin XVe et début XVIe siècles) offerts (puis restaurés) par les marins ou équipages de navire de la paroisse. »