L’histoire de cet édifice est mal connue.

L’origine en serait un tombeau de Saint Gatien construit là par Saint Martin et « une basilique Notre Dame la Pauvre », hors les murs, où étaient prise en charge la sépulture des pauvres.

Plusieurs bâtiments se sont succédés jusqu’au XIIIème siècle où apparaît le nom de « Notre Dame la Riche », en raison de l’afflux des pèlerins venant prier Notre Dame et Saint Gatien. Louis XI aimait y prier quand il se rendait de Tours au château du Plessis ; son peintre, Jehan Fouquet aurait fourni les cartons de certains vitraux.

Plus tard les reliques de Saint François de Paule, fondateur de l’ordre des Minimes et proche du roi dans ses derniers mois y furent déposées et sont toujours dans le reliquaire de droite.

L’église a été construite à la fin du XVème siècle ; c’est de cette époque que datent le chœur et les deux chapelles latérales. La nef, largement ruinée pendant les guerres de Religion, a été reconstruite peu après ; détériorée pendant la Révolution, elle a été refaite par deux fois au XIXème siècle ainsi que les façades sud et ouest.

Dans cet édifice on remarquera :

• Des vitraux d’époques diverses, cinq de la fin du XVème et début du XVIème siècle, quatre des années 1870-1880, le reste datant des années 1956-1957, dont la grande verrière située derrière le maître-autel.
• L’autel en bois doré du XVIIème siècle
• Le mariage de la Vierge, d’A. Charpentier (1650)
• L’Ecce Homo, statue en terre cuite de la région du Mans (vers 1650)
• Les statues en terre cuite des évangélistes Jean et Marc du 17ème siècle
• Le tableau des quatre vœux de Saint François de Paule (17ème siècle)