Церковь в стиле французского барокко возвышается на улице Сент-Антуан. Ее история началась в XVII веке, когда в Марэ обосновался орден иезуитов. Землю монахам подарил кардинал Бурбон, дядя короля Генриха IV. В особняке Рошпо на улице Сент-Антуан был основан старческий дом, а рядом построена капелла в честь Людовика Святого. Позднее Людовик XIII пожаловал монахам землю под строительство более просторной церкви. Как водится, на месте нынешней церкви стояла маленькая часовня. Она была посвящена Павлу Пустыннику, первому христианскому отшельнику. Новый храм был настолько большим, что пришлось снести часть крепостной стены Филиппа Августа. Первый его камень заложил сам Людовик XIII, и уже через двадцать лет церковь была достроена и освящена. Первую мессу в ней провел кардинал Ришелье.
Этот храм долгое время символизировал могущество ордена монахов-иезуитов, пока в середине восемнадцатого века парламент не постановил изгнать членов братства из Франции. Во время Французской Революции Сен-Луи, как и почти все парижские церкви и соборы, превратился в Храм Разума и Верховного Существа. Этот культ был создан с намерением упразднить христианскую религию во Франции, и быстро стал очень популярен, причем не только в городах, но и в деревнях. Церемонии культа Разума сопровождались карнавалами и парадами. Священников принуждали отрекаться от сана, а церкви переименовывали в Храмы Разума. Нередко эти церемонии сопровождались разграблением культовых сооружений и оскорблением христианских священных предметов. Во время проведения такой церемонии в Соборе Парижской Богоматери 10 ноября 1793 года актриса Парижской оперы Тереза-Анжелика Обри была даже коронована как "Богиня Разума".
В Сен-Луи хранилось сердце Людовика XIII, который оставил письменные распоряжения на этот счет. Позднее сюда поместили и сердце Людовика XIV, очень любившего отца и желавшего быть похороненным рядом. Сердца хранились в ковчегах-реликвариях, которые уничтожили во время Французской Революции. Тогда же разрушили и стоявший неподалеку собор Сен-Поль. Верующим удалось спасти уникальный алтарь, которые они перенесли в Сен-Луи, объединив два прихода под названием Сен-Поль-Сен-Луи. В начале XIX века иезуиты смогли вернуться во Францию, а храм, как и прежде, сделали главной церковью ордена.
Во внешнем облике Сен-Поль-Сен-Луи соединены элементы французской и итальянской архитектуры. Это здание, как и все иезуитские церкви, строилось по канонам храма Джезу в Риме. До постройки собора дома Инвалидов, купол Сен-Поль-Сен-Луи был самым высоким в Париже - его высота составляет около шестидесяти метров. Раньше церковь славилась богатой внутренней отделкой и ценными картинами, но многое было расхищено революционерами. Сохранилось полотно работы Эжена Делакруа "Христос в оливковой роще". Здесь же можно увидеть две купели, подаренные Виктором Гюго после крещения дочери. Чаши украшены надписью "Дар Виктора Гюго, пэра Франции". Так же в Сен-Поль-Сен-Луи можно видеть захоронение монаха-иезуита Ля Шеза, духовника короля Людовика XIV, в честь которого названо старейшее парижское кладбище.