Ce fut tout d’abord un oratoire de faubourg. Son existence est attestée au X^e siècle, sous le règne du duc Richard II. Ce n’était qu’une petite chapelle sous le vocable de St-Antoine, utilisée par l’abbé de St-Wandrille lorsque l’Echiquier de Normandie siégeait à Rouen. Elle devint paroisse en 1204 et se retrouva englobée dans l’enceinte urbaine après l’agrandissement de celle-ci au XII^e siècle.
Elle fut détruite par un incendie en 1248, comme le quartier avoisinant.
L’église actuelle a été reconstruite au XV^e siècle. Les comptes de la fabrique montrent que la nef devait être terminée en 1444 (on finissait la couverture à cette date), en 1460 on mettait des vitraux dans les fenêtres et les travaux étaient achevés en 1482.
La tour fut commencée en 1490 et terminée en 1501. La flèche de pierre eut maintes fois à subir les outrages des tempêtes (1520, 1638, 1683). Elle dut être rétablie en 1703.
En plus de ces tempêtes, l’église connut bien des vicissitudes. En 1562, les Huguenots la mirent à sac, emportant un aigle sculpté en bronze qui se trouvait dans le chœur. En 1702, le feu se déclara un soir après l’office. Une panique s’en suivit et la bousculade fit une dizaine de victimes.

Les chapelles latérales présentent extérieurement leurs hautes toitures individuelles, ce qui donne un fort joli aspect à l’édifice. Les balustrades qui l’entouraient au premier niveau étaient décorées. Celle de la façade a conservé ses lettres gothiques qui forme la phrase tirée de Job: « Post tenebras spero lucem » (Après les ténèbres, j’espère la lumière)
En plus du portail principal, deux portes se faisaient face, au nord et au sud.
Les chapelles qui font saillie vers le nord sont de style gothique bien que construites au XVII^e siècle.

Le culte fut supprimé dans l’église en 1791. En 1793 un club Révolutionnaire de Jacobins, la Société Populaire de Rouen, s’y réunit et y resta jusqu’à la fin de 1794. En 1802, lors du Concordat, elle ne fut pas rétablie comme église paroissiale. Une vive polémique opposa alors les paroissiens de St-Laurent à ceux de St-Godard. Ce furent les seconds qui obtinrent gain de cause. St-Laurent fut vendue l’année suivante à Etienne Mouttet, pour une somme de 18.000 livres.
Transformée en remise pour voitures de louage, elle servit essentiellement à abriter les fourgons et les diligences de Louis Brasseur, “directeur de voitures de louage et de fiacres” dont l’entreprise était installée dans l’église même. Elle finit par être louée à des repasseuses et l’on vit leurs chemises étendues sous les ogives. La partie supérieure de l’avant portail lui-même avait été transformé en appartements.
En 1893, la ville de Rouen, enfin, l’acheta et la fit classer Monument Historique. En 1911, le Musée d’Art Normand, créé pour le Millénaire de la Normandie, y prit place pour une dizaine d’années, puis, le Musée Le Secq des Tournelles s’y installa, inauguré le 23 mai 1921.

Cathédrale, transept sud, vitraux provenant de Saint-Laurent