La progression de ce chantier long de près d'un siècle est mal connue, à cause de la disparition des archives des arbalétriers. Le chœur était achevé en 1435, comme en attestent des peintures murales portant cette date. Le transept nord était sans doute achevé vers 1450, et l'on travaillait au transept sud et aux cinq premières travées de la nef. Les travaux s'interrompirent au cours de la période d'instabilité politique qui suivit la mort de Charles le Téméraire en 1477. Ils reprirent à la fin du siècle et la nef comporta finalement sept travées dont les deux dernières auraient dû être surmontées d'une tour qui ne fut jamais construite. Le sacrarium, un petit édifice construit en hors-d'œuvre derrière le chœur, date de 1549, À la fin du XVIe siècle, l'église fut saccagée par les calvinistes. C'est alors que fut détruite la statue de la Vierge apportée par Béatrice Soetkens.

En 1512-1515, la guilde des maçons et des charpentiers a offert à l'église l'œuvre de Bernard van Orley, Le Retable de saint Thomas et saint Matthieu (panneau de chêne, signé, 140 × 180 cm), conservé aujourd'hui au Kunsthistorisches Museum de Vienne4.
 
Au XVIIe siècle, la famille des Tour et Taxis, dont l'hôtel était situé à peu près en face du portail sud de l'église, fit construire deux chapelles : la chapelle Sainte-Ursule au nord du chœur (1651-1676), commencée par l'architecte Luc Fayd'herbe et terminée par Vincent Anthony, et la chapelle Saint-Marcou au sud du chœur (1690).
Sous le régime français, l'église fut épargnée par le zèle anti-religieux des révolutionnaires, son curé ayant accepté de prêter serment à la République. Elle fut néanmoins fermée pendant quelques années, puis rendue au culte sous Napoléon Ier, comme succursale de l'église Notre-Dame de la Chapelle.
 
Peu après le percement du dernier tronçon de la rue de la Régence en 1872, on dégagea l'église des bâtiments qui la parasitaient du côté de la nouvelle artère ainsi que du côté de la rue Bodenbroek et de la rue des Sablons. L'église dégagée de sa gangue apparut tellement délabrée qu'on entreprit immédiatement des travaux de restauration. Les premiers travaux furent confiés dès 1870 à l'architecte Auguste Schoy. Ce dernier propose un projet de restaurations tellement radical, que la Commission des Monuments refusa d'abord d'y donner son aval, parce qu'elle le trouvait fantaisiste6. Schoy se limita donc à des travaux plus modestes : remise en état des bas-côtés du côté de la rue de la Régence, réouverture de la fenêtre en arc brisé de la façade de la rue des Sablons, bouchée au XVIIIe siècle pour l'installation d'orgues, et remplacement de la rosace du portail nord par une fenêtre en arc brisé. Le chantier fut ensuite confié à Jules-Jacques Van Ysendyck et ensuite à son fils Maurice. Jules-Jacques Van Ysendyck était un émule d'Eugène Viollet-le-Duc et mena les travaux conformément au principe d'unité de style de ce dernier. De 1895 à 1912, en six campagnes de travaux, lui et son fils créèrent un monument qui n'avait jamais existé, en y ajoutant des clochetons, des pinacles, des balustrades ajourées, en couvrant les collatéraux par des batières perpendiculaires à la place de la batière continue parallèle à la nef et en construisant des arcs-boutants munis de pinacles. De 1917 à 1937, l'architecte François Malfait dirige la mise en place de 57 statues provenant de 27 sculpteurs différents.