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L'église Saint-Martin de Broué est le principal édifice religieux de la commune. Dédiée à saint Martin de Tours, évêque du IVᵉ siècle célèbre pour avoir partagé son manteau avec un pauvre, elle témoigne de l'ancienneté de la paroisse. L'édifice actuel remonte principalement aux XVIᵉ et XVIIᵉ siècles. La nef et le bas-côté furent édifiés au XVIᵉ siècle, tandis que la tour-clocher fut élevée au XVIIᵉ siècle. Bien qu'elle présente un réel intérêt patrimonial, l'église n'est ni classée ni inscrite au titre des Monuments historiques. Son architecture est caractéristique des églises rurales du Thymerais. Construite en moellons de silex avec des encadrements et contreforts en grès, elle se distingue par son plan à deux vaisseaux, son chevet à cinq pans et ses ouvertures en plein cintre qui rappellent la tradition romane. L'ensemble offre une silhouette sobre et harmonieuse, représentative de l'architecture religieuse locale de la Renaissance. Parmi les curiosités de l'édifice figure un cadran solaire méridional gravé sur l'un des contreforts, discret témoin de l'époque où l'on réglait les activités quotidiennes sur la course du soleil.