Le portail date du quatrième quart du XIIe siècle. Les sculptures du tympan, mutilées lors de la Révolution française, avaient été recouvertes d'une couche de plâtre. Elles furent découvertes en 1844, à l'occasion de la restauration de la façade par l'architecte Naissant. L'abbé Lebeuf, dans son ouvrage Histoire de la ville et de tout le diocèse de Paris (1754-1757), donne comme description de cette sculpture: « Dieu accompagné de quatre anges tenant chacun un chandelier ».

En 1835, le baron de Guilhermy, archéologue qui étudie l'église de Bagneux, livre une reconstitution des motifs sensiblement différente. Le Christ assis, la main droite levée en signe de bénédiction, la main gauche tenant un livre, est entouré de quatre anges. Deux tiennent une couronne au-dessus de la tête du Christ, tandis que les deux autres portent des flambeaux. Derrière eux, à droite, Saint Pierre, qui tient une clé, et, à gauche, un personnage, identifié à Saint Paul. A cette époque, il restait encore des traces de peinture révélant l'ancienne polychromie du tympan : « Les feuilles des chapiteaux étaient vertes. Les personnages avaient des vêtements bleus et rouges... La robe du Christ était bleue et son manteau rouge ; ces deux vêtements alternaient aussi sur les vêtements des autres personnages... Les nimbes étaient jaunes... ».

Le thème du Jugement dernier, séparation des justes et des damnés, est très fréquent au XIIe siècle. Sur les chapiteaux des colonnettes du portail, des saynètes de l'Enfer et du Paradis se répondent. À la droite du Christ, le Paradis. Le premier chapiteau représente deux oiseaux becquetant une grappe de sorbier ; sur le second, un ange porte une âme sur un linge ; le troisième montre un ange accompagné d'un personnage non identifié. Sur la gauche, l'Enfer, représenté par les damnés sur le premier chapiteau, puis par l'image démoniaque d'une harpie.

Le portail et le bas-côté sud ont été restaurés entre 1845 te 1847