Lorsque le Chapitre de Notre-Dame de Paris décida d'édifier une église à Larchant, dans le dernier tiers du XIIe siècle, afin d'y accueillir les foules de pèlerins, le plan primitif était en forme de croix. Il se composait, à l'Est, d'une abside semi-circulaire et d'un chœur, ensuite d'un transept formant les deux bras de la croix, puis d'une nef rectangulaire, avec un porche d'entrée à l'Ouest. Commencé vers 1176, cet ensemble fut achevé dans le premier quart du XIIIe siècle.
Dès la première moitié du XIIIe siècle, ce plan fut complété par une tour-clocher monumentale, entre le croisillon Nord du transept et la nef. Cette tour ne fut achevée qu'au début du XVe siècle. Puis, dans la seconde moitié du XIIIe siècle, on ajouta une sacristie, surmontée d'un local du trésor, entre le chœur et le croisillon Sud du transept et une chapelle de la Vierge, vers l'an 1300, entre le chœur et le croisillon Nord du transept.
L'église connu bien des vicissitudes, depuis le grave incendie de 1490, jusqu'aux guerres de Religion, en 1568, qui laissa l'édifice dans l'état où nous le voyons aujourd'hui. L'angle Sud-Ouest de la tour s'écroula en 1675.
L'église était une étape importante sur le chemin du pèlerinage jusqu'à Saint-Jacques-de-Compostelle. Encore aujourd'hui, on célèbre le Saint Mathurin lors du pèlerinage organisé chaque année durant la Pentecôte.
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