L’église fut bâtie entre 1485 et 1528, sur les restes d’un premier édifice du XVe siècle. D'originel, il ne reste aujourd'hui que le portail central. Dès sa fondation, l'édifice est fragile et menace de s'effondrer à plusieurs reprises. Mais ce sont des évènements historiques qui auront raison de lui, comme lors de la Révolution française. A cette époque, l’église est fermée au culte, et sert de magasin de fourrages. Très dégradée, elle est intégralement restaurée par l'abbé Martin à partir de 1860, dans un style néogothique alors très en vogue. La paroisse n’est pas très riche mais le quartier est celui de nombreuses familles nobles qui habitent dans les hôtels particuliers qui se situent le long de la chaussée Saint-Gilles. Ces familles vont considérablement aider l’abbé Martin en contribuant par leurs dons à la nouvelle décoration de l’église. A terme, l’édifice est une sorte de bonbonnière dont les murs intérieurs sont recouverts de décors peints dont seuls subsistent aujourd’hui quelques rares fragments.
En effet, les bombardements de mai 1940 détruisent en très grande partie l’église. Elle est reconstruite dans un style épuré résolument contemporain à l’intérieur. Seules les façades extérieures ont pu être conservées en partie. L’église fut rendue au culte en mars 1967.
La riche ornementation de sa façade occidentale date du XVe siècle et s’inscrit parfaitement dans le style gothique flamboyant. La statue de Saint Gilles, et de la biche qui l’accompagnait dans son ermitage, occupe le trumeau du porche principal. Sculptée au XIXe siècle, elle intègre ainsi l’iconographie du portail qui relate la vie du saint grâce à l’archivolte historiée du tympan (ensemble des ornements qui forment la partie supérieure du portail).
L'église est inscrite au titre des Monuments historiques par arrêté du 4 mars 1926.