La fondation de ce monastère bénédictin se situe vers 635-640. Les terres marécageuses du site sont progressivement drainées grâce aux travaux des abbesses successives. Au VIIe siècle, l’abbesse Telchilde demande à son frère Aguilbert, évêque de Paris, de réaliser un complexe basilical à l’emplacement de l’actuelle place Saint-Paul. Au IXe siècle, au sortir des invasions normandes, l’abbesse Ermentrude s’emploie à édifier une nouvelle église abbatiale.
Au XVIe siècle, c’est une demi-sœur de François Ier, Madeleine d’Orléans, qui relève le monastère des destructions de la guerre de Cent Ans. Un siècle plus tard, l’abbesse Jeanne de Lorraine entreprend la réalisation d’une nouvelle église abbatiale. Son œuvre sera prolongée au XVIIIe siècle par Catherine-Henriette de Montmorin qui créera le grand pavillon abbatial et l’aile est du monastère.