Pendant longtemps le hameau de Ménilmontant dépendit de la paroisse Saint- Jean-Baptiste de Belleville. Sa population augmentant, le curé, l'abbé Longbois, fit construire, en 1823, une modeste chapelle de bois qui fut érigée en paroisse le 18 mars 1847. Elle fut appelée Notre-Dame-de-la- Croix en souvenir de la statue de la Vierge qui, portant ce vocable, se trouvait, avant la Révolution, dans l'oratoire de la maison de campagne que les religieux de Sainte-Croix- de-la-Bretonnerie possédaient à Ménilmontant. Cet oratoire avait été détruit à la Révolution mais la statue avait pu être préservée et cachée; la tourmente passée, on la transporta dans l'église de Bagnolet. La statue polychrome fut volée une première fois en 1975. Retrouvée, elle fut à nouveau l'objet de convoitises et n'a pas encore été retrouvée à ce jour. Cette chapelle ne pouvait contenir que 400 fidèles. Aussi fut-elle remplacée par l'actuelle, oeuvre de Louis-Jean-Antoine Héret, architecte de la ville de Paris. Sa construction commença en 1863; elle fut livrée au culte à la fin de 1869, quoique n'étant pas encore terminée. Ce n'est qu'en 1880 que cette église a été achevée. C'est un pastiche d'église romane avec des voûtes gothiques dotées d'ogives. Elle est très vaste: 97 mètres (318 pieds) de longueur, 38 mètres (125 pieds) de largeur, 20 mètres (66 pieds) de hauteur sous la voûte de la nef. Sa superficie est de 3195 m2 (34 391 pi2). Son clocher a 78 mètres (256 pieds) de hauteur. Située sur une pente, la construction d'un perron de 54 marches a été nécessaire pour racheter la différence de niveau entre son chevet et la place où se dresse sa façade. C'est aussi la première église de Paris à architecture métallique apparente.

Deux événements importants se sont déroulés dans cette église: Le vote de la mort des otages Pendant la Commune de 1871, un club politique s'installe dans l'église, dès le 17 avril. L'entrée aux séances est libre et gratuite, et, dans l'assistance, il y a de nombreuses femmes. À la suite du décret de la Commune du 5 avril sur les otages, lors de la séance du club du 6 mai, on vote, par acclamation, la mort de l'archevêque de Paris, Mgr. Georges Darboy et de tous les otages qui aura lieu à la prison de la Roquette, le 24 mai 1871. Le clergé parvient à faire libérer l'église des clubistes mais le bâtiment devient un entrepôt de vivres, de vin, d'armes et de munitions. Avant de s'enfuir, dans la nuit du 27 au 28 mai, les derniers soldats de la Commune défoncent les barriques de vin, éventrent les barils de poudre et répandent les vivres. Les premiers visiteurs trouvent l'église en un extraordinaire état de souillure avec des traces de coups de feu, et, dans les sous- sols, découvrent des bonbonnes et des bouteilles de pétrole équipées d'une mèche, et des torches enduites de goudron, prêtes à l'emploi pour incendier. L'inventaire des biens La loi du 9 décembre 1905, sur la séparation des églises et de l'état impose l'inventaire des biens appartenant aux « établissements publics des cultes » qui seront dévolus à de futures associations cultuelles et des biens de l'état, des départements et des communes dont ces établissements publics des cultes ont la jouissance. L'inventaire est fait dans la paroisse, par un agent de l'enregistrement, le 23 février 1906, malgré les protestions du curé et du président du conseil de fabrique « au milieu des cris poussés par la foule qui emplissait l'église ».