Les peintures de la nef
Le décor roman
Il est très probable qu'après l'édification de l'église, l'appareil des parois intérieures, jointoyé avec soin (en pietra rasa), demeura quelque temps apparent avant d'être enduit.
Les traces les plus anciennes d'un décor peint apparaissent, dans un état très fragmentaire, à l'extrémité orientale du bas-côté sud. Ce faux appareil noir, certainement encore roman (XIIe siècle?) n'a pas été retrouvé ailleurs dans l'église.
Le décor gothique
Plus tard, après la construction de l'avant-nef, mais sans doute pas avant le milieu du XIIIe siècle, l'intégralité de l'édifice fut recouverte par un nouveau badigeon orné d'un faux appareil, formé d'assises à doubles joints de couleur ocre rouge sur fond beige.
La typologie de cet ensemble, son caractère strictement architectural et son exceptionnelle étendue évoquent les décors de certaines églises de pélerinage françaises.
Cet appareil simulé fut entièrement remplacé après la reconstruction des voûtes de la nef, à l'extrême fin du XIIIe siècle.
Les nouvelles peintures se caractérisent par un parti résolument ornemental qui le distingue nettement des décors précédents: rinceaux végétaux, fleurs stylisées, motifs géométriques, variétés de couleurs aux riches tonalités.
Ce type de décor rencontra un succès généralisé au nord des Alpes au XIVe siècle.
Sa qualité fut même reconnue après la Réforme puisque, dans la nef, il fut conservé en grande partie jusqu'à nos jours, non sans avoir subi quelques rénovations et modifications.
Les ajouts de la Réforme
Des fragments de peintures ornementales créées à l'époque bernoise subsistent en quelques endroits de l'église, laissés comme témoins lors de l'intervention de 1899-1915. Il s'agit pour l'essentiel de simples appareils simulés ocre jaune à faux joints blancs.
Sur le mur occidental de la nef
Sur la façade occidentale sont représentés les saints Gabriel et Michel, figurés sur des tertres de part et d'autre de l'extrados de l'abside en encorbellement de la chapelle haute de l'avant-nef.
La présence de ces archanges rappelle sans doute le titre de la chapelle, certainement dédiée aux archanges comme d'autres lieux de culte du même type, même si, à Romainmôtier, ce vocable n'a jamais pu être attesté par un texte.
Au-dessus de ces figures est représenté l'Agneau de Dieu, à l'intérieur d'un oculus quadrilobé.
Sur l'arc triomphal de la croisée
A l'opposé, sur l'arc triomphal marquant l'entrée de la croisée, sont représentés, placés sur des sols en terre, les saints patrons du monastère, Pierre et Paul, entourant la Vierge à l'Enfant assise sur un trône.
Ces peintures sont contemporaines du décor créé après la reconstruction des voûtes et ont donc été réalisées au tout début du XIVe siècle. Elles sont le fait d'un atelier très actif à Romainmôtier, auquel on peut attribuer l'ornementation de la deuxième travée du rez-de-chaussée de l'avant-nef et des œuvres réalisées dans la maison dite du Prieur.
Dans le bas-côté sud
Dans le bas-côté sud, sur le pilier engagé séparant les deuxième et troisième travées, sont conservés des décors imitant une tenture ornée de médaillons à motifs animaliers de couleur ocre rouge. Ils paraissent remonter au XIIIe siècle.
