Construite à partir de 1803, cette église de style néoclassique se trouve sur l'emplacement du couvent des Filles Pénitentes. En 1807, l'église fut agrandie d'une nef à la place de l'ancienne chapelle Sainte-Madeleine et c'est l'architecte Claude-Anthelme Benoit qui termina la construction vers 1835. On lui doit la belle coupole. L'intérieur de l'église est entièrement peint et accueille des peintures d'Alexandre Denuelle et des fresques de Louis Janmot sur la coupole. L'église abrite des orgues de 1880 réalisées par le facteur Aristide Cavaillé-Coll. Ils furent utilisés par le grand organiste compositeur Charles Marie Widor, né à Lyon en 1844.