Sur la rive gauche de la Sarthe, donc en Maine et non plus en Normandie, à l’abri des inondations, le faubourg de Montsort s’est développé au Moyen-âge en bordure d’une voie commerciale importante.
Avant la Révolution, cette paroisse est rattachée au diocèse du Mans. L’église du 12e siècle est restaurée et modifiée aux 14e et 15e siècles. Après les pillages de la Révolution, l’édifice, vétuste et exigu est décrit comme "fort vieux et fort laid. Il aurait besoin de grandes réparations, mais il n’en vaut pas la peine."
C’est cette église-là qu’a connu l’abbé Dufriche-Desgenettes au début du 19e siècle. Il a été curé de cette paroisse de 1816 à 1818.
L’édification d’un nouveau chœur en 1843 ne satisfait pas les paroissiens qui, autour de l’abbé Crété (le confesseur de Zélie Martin), lancent une souscription pour une reconstruction complète. Le quartier se développe, avec ses maisons de tisserands, puis par la construction de belles demeures bourgeoises. Le capitaine Martin, le père de Louis figure parmi les paroissiens donateurs.
Le projet "à peu près roman" de l’architecte Amédée Hédin triomphe au concours de 1875. La démolition de la vieille église donne une nouvelle dignité au quartier.
Quand Louis et Zélie Martin, mariés en 1858 à l’église Notre-Dame, dans la paroisse de Zélie, viennent habiter le quartier, à l’horlogerie de Louis, rue du Pont Neuf, presque au bord de la rivière, c’est donc dans la vieille église qu’ils pratiquent. Ils ne regagneront la paroisse Notre-Dame qu’en 1871.
Les 8 premiers enfants du couple sont baptisés dans la vieille église de Montsort. La cuve baptismale actuelle est celle du 18e siècle, donnée en 1753 par Maître des Londes Réquier, curé de la paroisse de 1707 à 1757. C’est donc sur ces fonts baptismaux de marbre rose qu’ont été présentés les enfants Martin. De même ont été conservés de l’ancienne église, le grand bénitier en marbre gris (donné en 1766 par François Thomas du taillis, sieur de la Chevallerie) et la statue de Notre-Dame de Grâce, terre cuite mancelle du 17e siècle.
La première pierre de l’église nouvelle est posée en 1880. Une polémique autour de la hauteur du clocher entraîne rapidement la démission de Hédin qui transmet son projet à Pierre-Gustave Lheureux.
Après sa consécration le 15 avril 1884, l’église reçoit un remarquable décor intérieur de mosaïques dues à Facchina et de peintures d’André Barillet, artisan du quartier, oncle de Louis Barillet, le maître-verrier auteur du vitrail du baptême de Thérèse (1925) à la chapelle des fonts-baptismaux de la basilique Notre-Dame.
La décoration de la chapelle de l’abside qui comporte de part et d’autre de l’autel, quatre panneaux de mosaïque a été financée par le curé de la paroisse depuis 1886 : l’abbé Lucien-Victor Dumaine, celui qui, vicaire de Notre-Dame, baptisa le 4 janvier 1873, Thérèse Martin.
Ces quatre panneaux représentent : Notre-Dame des Victoires (voir ci-dessous), Notre-Dame du Mont-Carmel (le carme St Simon reçoit le scapulaire et le pape Jean XII présente à la Vierge sa bulle), Notre-Dame du Rosaire et Notre-Dame de Lourdes.
