La première église de ce nom fut édifiée au début du XIIe siècle, au retour de la première croisade.
Détruite pendant la guerre de Cent Ans, elle fut reconstruite à l'intérieur du rempart élevé par Philippe-Auguste mais son exiguïté entraînera la construction, à l'emplacement actuel, d'une troisième église du Saint-Sépulcre consacrée en 1519.
A découvrir : les boiseries du choeur classées, le tableau des litanies de la Vierge qui serait un vestige de la première église, un superbe Christ de pitié, les vitraux du Maître verrier Jacques Gruber, les tapisseries de Bruxelles.