L’église fut construite entre 1210 et 1220 en remplacement d’un vieil oratoire pour que les vassaux de l’abbaye Saint-Germain-des-Prés, coupés de celle-ci par l’enceinte dont Philippe Auguste venait d’entourer Paris, puissent continuer à accomplir leurs devoirs religieux. Elle porta d’abord les noms de Saint-Andéol, Audiol, André, André-des-Arcs et enfin des Arts.
Reconstruite par parties successives au cours des siècles, elle compta jusqu’à une quinzaine de chapelles privées auxquelles se rajoutaient les traditionnelles chapelles de la Vierge et de la Communion (ou du Saint-Sacrement), et peut-être deux ou trois autres, plus petites, à l’existence plus ou moins avérée.
De tout temps l’église semble avoir été un lieu d’inhumation. Les sépultures y étaient si nombreuses si nombreuses qu’on y signalait une défectuosité très nette du sol due aux fouilles fréquentes du pavement du sol et consumations des corps qui en provoquaient l’affaissement.
Cette manipulation régulière des sols avait aussi pour effet de produire une odeur qui séjournait constamment par faute d’une circulation d’air approprié.
Déjà, en 1625, on dénonçait un encombrement fort gênant de cercueils en plomb qui, à terme, menaçaient d’envahir toute l’église. Il fut alors décidé que les cercueils de plomb ne seraient plus autorisés que pour les personnes possédant chapelle ou caveau et non ailleurs, si ce n’est avec cercueils de bois beaucoup plus malléables.
Après avoir été conservée comme paroisse en février 1791, l’église fut fermée en 1793 puis vendue comme bien national en 1797, avant sa démolition de 1800 à 1808. Racheté par la Ville de Paris, son emplacement fut transformé en place Saint-André-des-Arts.
Les ossements qui s’y trouvaient furent transportés aux Catacombes le 24 février 1794.