Bei der Frage, ob dies die 1008 urkundlich genannte Kirche ist, werden mehrere Argumente angeführt. Hier wurden römische Ziegel gefunden und römische Spolien in der Kirche verbaut; ein Rankenrelief des 8./9. Jh. im Kircheninnern, das ehemals an der Südseite der Kirche vermauert war und von einem Altarantependium oder einer Chorschranke stammen könnte sowie zwei Grabsteine des 10./11. Jh., darunter einer aus dem kostbaren Kalksinter einer Laie mit Namen Adelmuot aus dem 11. Jh. Dieser wurde 1932 im Bereich des abgerissenen nördlichen Seitenschiffes entdeckt. Zusätzlich gibt es zahlreiche vermauerte ältere Grabsteine. All dies könnte für die These einer ersten Kirche sprechen, die zunächst nur zur Hälfte an die Abtei St. Heribert in Deutz gelangte. Aus diesem Grund hätte die Abtei 1063 dann weitere Grundstücke erworben, auf denen sie dann als zweite Kirche St. Martin in Oberzündorf baute. Von 1362–1802 gehörte St. Michael schließlich zum Kölner Herrenstift St. Severin.
Der bestehende Bau von St. Michael ist nach archäologischen und baugeschichtlichen Untersuchungen in zwei Phasen entstanden: Um 1040 wurde eine Saalkirche mit nördlich angebauter Grabkapelle, wohl für die Ritter von Zündorf errichtet, zu denen die Laie Adelmuot zugehörig gewesen sein könnte. Um 1160/70 wurde dann die Saalkirche nach Osten verlängert und mit einem polygonalen Chor abgeschlossen, an der Südseite ein kleiner Kapellenanbau für einen Altar geschaffen, ein Westturm sowie ein nördliches Seitenschiff samt Sakristei angefügt. Der Eingang erfolgte von Norden. Bis auf das nördliche Seitenschiff, das 1906 abgebrochen wurde, ist dieser Bau i. W. vorhanden. Die Fenster waren bei der Renovierung von 1691/92 vergrößert worden. Die Beschädigungen von 1945 wurden umgehend repariert, eine umfassende Renovierung erfolgte 1993/94.
Im Inneren ist das Erdgeschoss des Turmes mit einem Rundbogen zum Mittelschiff geöffnet. Das darüber liegende Turmgeschoss mit zwei jetzt vermauerten Zwillingsfenstern war eine Empore, vermutlich der Herrschaftsstand der mit den Kölner Erzbischöfen eng verbundenen Herren von Zündorf, mit denen auch der beim Turmhof erhaltene Wohnturm des 13./14. Jh. in Verbindung gebracht wird.