W XV wieku mnisi z opactwa Św. Genowefy zdecydowali się na oddanie części swojej ziemi i generalną przebudowę kościoła, który zachował się do naszych czasów. Architekt Étienne Viguier zaprojektował dla obiektu apsydę i dzwonnicę, na której w 1500 roku zawisły dwa nowe dzwony. Dalsza rozbudowa oraz przekształcenia wnętrza trwały przez całe lata 30. XVI w. Kościół został utrzymany w stylu flamandzkiego gotyku płomienistego. W 1610 roku Małgorzata de Valois położyła pierwszy kamień pod budowę fasady, którą zresztą w dużym stopniu sfinansowała. W roku 1626 kościół był zasadniczo gotowy; 10 lat później otrzymał jedynie nowy prospekt organowy. W wiekach XVII i XVIII kościół należał do najważniejszych świątyń w mieście.
W czasie rewolucji kościół został zamknięty, a następnie, w ramach promowania nowych, republikańskich wartości, zmieniony na „Świątynię Miłości Synowskiej”. Fasada została ogołocona z licznych wizerunków świętych i posągów. W 1801 r. do kościoła wrócili wierni katoliccy, a w 1805 r. w kościele mszę św. celebrował papież Pius VII. W czasach II Cesarstwa architekt Victor Baltard dokonał ostatniej większej przebudowy kościoła: dobudował kilka kaplic oraz przywrócił przedrewolucyjny wygląd frontu budynku. W 1857 r.