L'Eglise Saint Lô était située au centre même de l'ancien castrum gallo-romain. Saint Mellon aurait fondé l'Eglise de Saint Lô à l'emplacement d'un temple gallo-romain dédié à Roth, dieu antique et mythique de la ville. Des recherches archéologiques menées dans les années 60 et 90 ont démontré que le plus ancien édifice médiéval avait été installé à l'emplacement d'une salle qui aurait appartenu aux caldaria des anciens thermes. La première église (caractère urbain, patronage à Saint Sauveur et à la Trinité) laisse supposer qu'il y avait là une abbaye de femmes.
En 913, le clergé de Coutances (Cotentin), mené par l'évêque Theodoric, vint se réfugier à Rouen, chassé par les invasions Vikings. Rollon leur céda l'édifice. Ils résidèrent là pendant plus d'un siècle, ce qui valut à l'église le statut de cathédrale. Ils apportèrent avec eux les reliques de Saint Lô et de Saint Romphaire. Dès la seconde moitié du Xème siècle, l'évêque Hugues de Coutances lança le premier grand chantier de construction religieuse attesté de Rouen pour agrandir l'église. C'est d'ailleurs sans doute à ce moment que fut construite une massive tour occidentale, dite Tour de Coutances.
Vers 1056, après le retour des évêques dans le Cotentin, une communauté de Chanoines issue de l'ancien chapître rouennais de Saint Lô administra la paroisse sous l'autorité de l'évêché de Coutances. Algare, évêque de Coutances et de Saint Lô, érigea en 1143 la Collégiale Saint Lô en véritable Prieuré.
En 1309, des différends opposèrent paroissiens et Chanoines ce qui conduisit à la séparation de l'église en 2 en 1344 : le chœur pour les chanoines, la nef pour la paroisse. Incendiée en 1316 par la foudre qui détruisit les voûtes et la Tour de Coutances, occupée suite au siège de 1418 - 1419, l'église tombait en ruines en 1440 et fut reconstruite au milieu du XVème siècle et consacrée en 1455. La nouvelle Tour de Coutances fut achevée de construire en 1462 (elle devait à nouveau s'effondrer en 1634). En 1483, l'édifice paroissial fut agrandi vers l'emplacement de l'ancienne Tour de Coutances. Les deux églises (paroissiale et prieurale), bien que contigües, possédaient donc à cette époque de vrais murs de séparation. L'église paroissiale, réédifiée, agrandie et embellie, fut consacrée à nouveau en 1533. Dès le début du XVème siècle (et probablement même avant), les Chanoines possédaient des droits sur la source de Gaalor pour leur alimentation en eau. Au début du XVIème siècle, une fontaine installée contre le clocher de l'église paroissiale gérait le surplus d'eau inutilisé par les chanoines.
En 1562, les Huguenots pillèrent le prieuré, brûlèrent les ornements de l'église, les livres, les châsses, les reliques et les chartes. De 1580 à 1591, le logis du prieuré abrita la première Chambre des Comptes érigée par le Roi Henri III.
De 1619 à 1623 et en 1627, la peste faillit avoir raison des religieux. Les bâtiments mal entretenus étaient au bord de l'effondrement et la vie religieuse s'était dégradée. Les Génovéfains arrivèrent à Rouen le 3 août 1639 avec pour mission de mettre en place la réforme du monastère. Les religieux se barricadèrent, le lieutenant général de Rouen dût même enfoncer les portes et évacuer vers d'autres établissements religieux les réfractaires.
En 1791, après la Révolution, l'église paroissiale fut supprimée. En 1792, les bâtiments monastiques furent réquisitionnés et devinrent une prison démolie après 1822. En 1795, après avoir été pendant 2 ans un temple pour les protestants de la ville, l'église prieurale devint "l'Atelier de la Montagne", une salpêtrière qui conduisit à la fragilisation de l'édifice qui s'écroula le 3 décembre 1798, à la suite de l'église paroissiale. En 1828, après de nombreux travaux, l'emplacement abrita l'Ecole Normale des instituteurs. En 1886, elle fut remplacée par l'Ecole Primaire Supérieure et Professionnelle. L'emplacement de l'église paroissiale Saint Lô et d'une partie du vaste Prieuré de Saint Lô est aujourd'hui occupé par le Lycée Camille Saint Saëns.
Sur la photo ci-dessus, vous pouvez voir non un vestige de l'église paroissiale, aujourd'hui totalement disparue, mais un vestige de l'église prieurale : le portail gothique, remontant vraisemblablement au XVème siècle.