Selon l'abbé Paul de Cagny (1869), une église de pèlerinage dédiée à saint Éloi aurait été fondée à Poeuilly. La présence d'une église est attestée au 13e siècle par le testament de Gilles de Poeuilly. Cet édifice, qui n'avait pas le rang de paroisse, aurait été reconstruit au début du 19e siècle.

Le cadastre napoléonien de 1836 figure un édifice de plan allongé à deux vaisseaux, dont une nef principale précédée d'une tour massive. Au nord, s'étend le cimetière. Située au centre du village, en bordure d'une rue place, l'église s'élève à proximité immédiate d'une vaste demeure.

Un dessin du fonds Macqueron, réalisé en 1875 et conservé à la bibliothèque municipale d'Abbeville, en donne une autre représentation.

Enfin, le dessin de l'architecte Hérouard, daté de 1924, donne également une représentation assez précise de l'ancienne église. La tour porche occidentale, en calcaire, présentait de nombreuses traces de reprise de maçonnerie en brique. Une tourelle d'escalier y était accolée sur l'angle sud-ouest. La nef était éclairée au sud par deux baies cintrées, le bas-côté nord par trois baies plus étroites ; enfin le chœur était uniquement éclairé au sud par deux baies cintrées.

La commune adhère à la coopérative des églises dévastées en 1922.

Au projet de reconstruction à l'identique, établi par Hérouard, entrepreneur désigné par la chambre syndicale, succède celui de l'architecte C.-A. Dory, architecte en chef des Régions libérées du département de la Somme depuis 1920. Le projet, également daté de 1924, reprend les principales caractéristiques de l'ancien édifice, dont les fondations sont conservées. La taille de la nef, du chœur et du bas-côté restent identiques, seules sont modifiées le nombre des ouvertures et la modénature des façades. Un chœur à pans coupés, désormais éclairé sur ses trois côtés, remplace l'ancien chevet plat.

Au nord, un grand pignon masque la toiture du bas-côté. Sur le plan de 1924, l'architecte prévoit de disposer l'autel secondaire contre le mur nord. La tour-clocher devait être couronnée d'une haute flèche de près de 20 m.

Dès juillet 1924, l'architecte propose de modifier le projet établi au mois de mars. La difficulté de réutiliser les fondations sur près de la moitié de la longueur entraîne un surcoût qui oblige à réduire certaines dépenses. Les côtés du clocher seront construits en briques avec seulement un chaînage d'angle en pierre de taille. Le décor sculpté prévus sur la façade ouest du clocher et sur le pignon du bas-côté nord ne sera pas réalisé. Mario Mazzarotto, ingénieur-entrepreneur établi à Arras est adjudicataire des travaux de reconstruction de l'église.