Un vaste cimetière romain, voisin du grand chemin d’Italie occupait déjà l’endroit. On y a d’ailleurs trouvé une multitude de tombeaux, de caveaux, de coffres, de squelettes, de médailles, etc. L’enclos du couvent se trouvait en son centre.
Au 3ème siècle, selon la légende, saint Denis et ses compagnons, Eleuthère et Rustique, auraient commencé l’évangélisation des Lutéciens dans une ancienne carrière située dans les champs de l’ancien cimetière romain. Là, fut la première station du martyre de saint Denis. Cette légende, amorcée au début du 6ème siècle, reprise et développée au 9ème siècle par Hilduin, abbé de Saint-Denis fut largement diffusée au 13ème siècle par la Légende Dorée de Jacques de Voragine.
Dès le 6ème siècle, une chapelle dédiée à Notre-Dame, dite des Vignes, fut construite au-dessus de cette carrière transformée en crypte ; elle devint un lieu de pèlerinage.
En 995, les bénédictins de l’abbaye de Marmoutiers, près de Tours, en devinrent propriétaires et y fondèrent un prieuré. Il se situait entre le n° 284 de la rue Saint-Jacques et le n° 25 de la rue Henri-Barbusse. Les vignes qui entouraient le prieuré furent arrachées et l'église fut pour la première fois reconnue sous le vocable de Notre Dame des Champs.C'est dans l'église de ce prieuré, lorsqu'un roi de France mourait loin de Paris, que sa dépouille était déposée.
Pierre de Bérulle, aumônier du roi et futur cardinal, Michel de Marillac et quelques autres avaient conçu d’établir un couvent de carmélites de la réforme de sainte Thérèse à Paris. Ils intéressèrent à leur projet Catherine d’Orléans Longueville qui, en 1602, obtint d’Henri IV le droit de le fonder. La fondation officielle du monastère, dit de l’Incarnation, date de 1603 avec la pose de sa première pierre.
Tout fut rebâti de fond en comble en respectant les plans usités chez les carmélites d’Espagne. Il fut déclaré chef de tous les autres couvents du même ordre qui pourraient s’établir en France. Puis on alla chercher en Espagne six religieuses qui s’y installèrent définitivement en 1605.
Quant à la crypte, chapelle Notre-Dame -des-Champs, lieu consacré enfoui à près de dix mètres sous terre, elle fut conservé au fil des siècles par les différentes congrégations. Bien que dégradée, elle existe toujours.