Plan budowy kościoła został zlecony w 1700 roku Giovanniemu Betto, który zainspirował się rzymskim kościołem San Andrea della Valle. Budowę rozpoczęto w 1703 roku. Pod nadzorem projektanta wzniesiono ściany nawy. W latach 1709–1715 prace zostały przerwane. W międzyczasie projekt Betta został skrytykowany przez francuskiego architekta Jules’a Hardouina-Mansarta, który zalecił dodanie kopuły na skrzyżowaniu nawy głównej i transeptu, aby uzyskać lepszą równowagę całej konstrukcji. W 1720 roku ukończono sklepienia nawy. Po śmierci Betta w 1722 roku budowę ukończył Germain Boffrand, ale bez zalecanej przez Hardouina-Mansarta kopuły. W 1729 roku zwieńczył on wieże latarniami, a w prezbiterium zbudował stalle. W 1736 roku została ukończona fasada. 1 listopada 1742 roku w nowym kościele odprawiono pierwszą mszę. Nadal trwało wyposażanie wnętrza świątyni. Kiedy bullą papieża Piusa VI z 19 listopada 1777 roku została założona diecezja w Nancy, kościół stał się katedrą. Podczas rewolucji francuskiej, podobnie jak wiele innych obiektów sakralnych katedra doznała zniszczeń. Po wznowieniu kultu została odnowiona, ponadto przeniesiono do niej wiele dzieł sztuki ze zniszczonych kościołów.