Au départ petite chapelle construite en 1213, l’église actuelle fut construite en 1532, sous François 1er après un accroissement conséquent de la population. Le 22 mai 1754, le duc de Chartres pose la première pierre du portail dont les plans sont signés Jean-Hardouin Mansart de Jouy, petit-fils de Jules Hardouin-Mansart, premier architecte de Louis XIV.
À la fin du 18ème siècle, la construction de ce massif d’entrée restera inachevée, ce qui explique la présence d’une seule tour !
Si la façade sud de l’église, qui s’ouvre sur le jardin Nelson Mandela, a été restaurée entre 2016 et 2018, l’entrée principale composant la façade occidentale nécessitait une restauration d’envergure (péristyle, colonnade, marches, vestibules latéraux, sas d’entrée et la tour nord).
Située dans le quartier historique des Halles, le « ventre de Paris » cher à Zola, l’église Saint-Eustache fut le théâtre d’illustres cérémonies notamment les funérailles de Jean de la Fontaine ou encore le baptême de Jean-Baptiste Poquelin, dit Molière.
Le coût de ce chantier pour la Ville de Paris, propriétaire de l’édifice, est de 8,95 millions d’euros. Cette restauration a bénéficié du plan de relance de l’Etat à hauteur de 2,2 millions d’euros.