A construção desta igreja teve início em 1653, quando o futuro rei Louis XIV colocou a primeira pedra, e avançou até meados do século XVIII. O projeto inicial é do arquiteto Jacques Le Mercier, que se baseou em princípios arquiteturais definidos pelos jesuítas para atender aos ritos reordenados pelo Concilio de Trento numa reação contra a reforma protestante.
Em 1660 a obra é interrompida por falta de dinheiro. O coro e o transepto são terminados em 1690, mas o teto da igreja é provisório, de madeira. O arquiteto Jules Hardouin-Mansart começa em 1701 a construção de uma capela dedicada à Virgem. A seguir os trabalhos são interrompidos e recomeçam apenas em 1719, graças ao apoio de um banqueiro, que financia a construção da fachada e do teto.
A fachada, de cerca de 1730, é de estilo barroco em dois andares com colunas, de ordem dórica no nível inferior e de ordem coríntia no superior. A igreja é uma das maiores de Paris, com mais de cem metros de comprimento. Atualmente não tem o campanário, demolido no século XIX quando foi aberta uma ruela ao lado. Apresenta importantes obras de arte, como a imensa Assunção de Maria de Jean-Baptiste Pierre, obra prima de 1756 e uma escultura da glória, inspirada em modelo da basílica de São Pedro, em Roma, de Étienne Maurice Falconet.
No dia 16 de dezembro de 1771 foi celebrado nesta igreja o casamento do grande físico Antoine Lavoisier com Marie-Anne Pierrette Paulze, filha de um coletor geral de impostos que na ocasião tinha apenas 13 anos e depois se tornaria grande colaboradora do cientista.
Durante a Revolução francesa a igreja foi pilhada e testemunhou à passagem dos condenados a morte que saiam da prisão da Conciergerie e percorriam a rue Saint-Honoré para ser executados na Place de la Révolution, hoje Place de la Concorde . No dia 5 de outubro de 1795 a praça situada em frente da igreja foi palco de uma revolta monarquista, conhecida como insurrection royaliste du 13 vendémiaire an IV. Os realistas haviam mobilizado cerca de 25.000 homens e a Convenção, que se reunia perto da igreja, no palácio das Tuileries, foi cercada. Para defender a república, o general Napoléon Bonaparte ordenou que a artilharia atirasse contra os insurgentes favoráveis ao Ancien Régime. Houve cerca de 300 mortos, muitos caíram nas escadarias da Église Saint-Roch. As marcas do confronto permaneceram na fachada da igreja até 2000, quando uma reforma as escondeu.
No dia 7 de janeiro de 1815 a igreja foi atacada por uma multidão enfurecida que gritava “morte aos padres” porque fora recusado um enterro cristão para a atriz Françoise Raucourt (Mademoiselle Raucourt), muito popular na época. As portas foram arrombadas e os manifestantes entraram à força com o caixão. O tumulto a seguir se espalhou pela cidade. A hierarquia eclesiástica justificou-se dizendo que proibira a entrada do corpo porque ela havia sido atriz, mas acredita-se que na verdade isso se deu porque ela era lésbica e o assumia publicamente com destemor.
Nesta igreja foram enterrados ou receberam cerimônias fúnebres muitos personagens importantes. Entre eles o dramaturgo e poeta dramático Pierre Corneille (1684); o famoso corsário, depois almirante da marinha francesa René Duguay-Trouin (1736), que atacou o Rio de Janeiro em 1711 e levou uma fabulosa quantidade de ouro e mercadorias; o grande escritor e filósofo iluminista Denis Diderot (1784) idealizador da Encyclopédie; e Jean Honoré Fragonard (1806), célebre pintor do qual se pode apreciar o quadro “A educação faz tudo” no Museu de Arte de São Paulo.