L’église Saint-Georges de Chemilly-sur-Yonne, inscrite à l’Inventaire des Monuments historiques en 1999, constitue un exemple de l’architecture religieuse rurale de l’ancien diocèse d’Auxerre. Son existence est attestée dès 1215 par un acte de Guillaume de Seignelay qui en confia le patronage au chapitre cathédral d’Auxerre.
La partie la plus ancienne de l’édifice, correspondant à l’ancien chœur, se compose de deux travées caractéristiques de la transition entre l’art roman et l’art gothique : piliers composés, voûtes d’arêtes et petites fenêtres en arc brisé. Les sculptures se distinguent par leur originalité, notamment les chapiteaux à feuilles lisses, à crosses ou ornés de palmettes aux extrémités recourbées, ainsi que les tailloirs avec une ornementation variée (doucine, tore, chevrons, etc.). D’après les éléments architecturaux, ce chœur daterait de la fin du XIIe siècle, voire du tout début du XIIIe siècle et aurait été construit à l’emplacement d’une chapelle.
Le chœur est prolongé par une nef de trois travées, fortement remaniées lors de l’agrandissement de l’église. La dernière travée, située près du portail d’entrée, présente la particularité d’être voûtée en bois, ce qui s’expliquerait par le fait que sa construction devait être à la charge des paroissiens, de modestes laboureurs.
L’église a été agrandie au XVIe siècle avec l’ajout sur le côté sud, d’un vaste bas-côté éclairé par de grandes fenêtres de style gothique. En 1746, à la demande des paroissiens, l’adjonction au chœur de la première travée du bas-côté a permis d’y déplacer le maître-autel, emplacement qu’il occupe encore aujourd’hui.
Le clocher actuel, en bois et de style champenois, remplaça vers 1750 le clocher d’origine en pierre, qui s’était effondré en 1735. Il abrite aujourd’hui trois cloches, dont deux plus petites, nommées IHS Maria et Sancte Martiali, datant de 1564. Installées vers 1850, elles sont classées au titre du patrimoine campanaire de Bourgogne.
En 2009, les travaux de restauration des murs intérieurs ont permis de découvrir sous les badigeons, des peintures murales de différentes époques. Les plus anciennes, datant des XIIIe ou XIVe siècles, sont très fragmentaires ; il en subsiste quelques traces dans la partie basse du chevet de l’ancien chœur, aujourd’hui chapelle de la Vierge. D’autres peintures, datant de la la seconde moitié du XVe siècle, ont été identifiées dans la partie ancienne de l’église avec plusieurs panneaux figuratifs et de nombreux décors floraux. On distingue, au sommet du chevet entre deux baies, un Christ en gloire bénissant de la main droite et tenant probablement un globe de la main gauche. Trois autres scènes apparaissent distinctement : le martyre de saint Sébastien, saint Georges terrassant le dragon ainsi qu’un empereur romain assistant, semble-t-il, à une persécution.
La dernière campagne picturale daterait du milieu du XVIe siècle, peu après l’agrandissement de l’église. On observe en divers endroits des croix de consécration relativement bien conservées et, surtout, sur le mur sud du bas-côté, quatre grandes peintures murales représentant saint Vincent tenant une grappe de raisin, ainsi que trois cavaliers — St Florentin, St Maurice et un troisième non identifié — accompagnés, en partie inférieure, des silhouettes des donateurs.
L’église conserve un mobilier intéressant. Deux œuvres sont classées à l’inventaire des Monuments historiques : un tableau représentant côte à côte saint Nicolas, saint Sébastien et saint Roch, ainsi que le maître-autel en bois doré provenant de l’ancienne église Saint-Regnobert d’Auxerre. Parmi les autres objets inscrits, on peut citer les statues de saint Éloi et de saint Vincent, disposées de part et d’autre du maître-autel et offertes par les confréries du village, le grand tableau situé au-dessus du maître-autel représentant l’Adoration des bergers d’après Guido Reni (l’original étant conservé au musée Pouchkine de Moscou), ainsi qu’un grand Christ en croix en bois de noyer provenant de l’ancien couvent des Cordeliers d’Auxerre. Deux statues en pierre polychrome du XVIIe siècle représentant l’Éducation de la Vierge et saint Georges complètent cet ensemble.