Corot est revenu à de nombreuses reprises sur le motif de l’église ancienne. Elle domine parfois toute la composition, comme dans sa célèbre Cathédrale de Chartres du Louvre, peinte en 1830, mais elle est plus souvent encore intégrée à un paysage, suggérant l’idée d’une fusion harmonieuse entre la nature et une présence humaine chargée d’épaisseur historique. L’artiste a souvent travaillé à Mantes et dans ses environs.

L’artiste s’est placé sur l’île de Limay, derrière le chevet du monument, séparé de la ville par un bras de Seine, les saules du premier plan concourant à construire un effet de profondeur, sans dérober à la vue le grand sanctuaire gothique. Sa nef du XII^e siècle égale pratiquement en hauteur celle de Notre-Dame de Paris, mais il ne s’agit pas à proprement parler d’une cathédrale, puisque Mantes n’a jamais été le siège d’un évêché. Corot a pourtant retenu cette dénomination pour l’édifice, plutôt que de lui donner son titre de collégiale. L’artiste n’a pu peindre le tableau qu’après 1860 : entre 1851 et 1855, l’architecte Adolphe Durand était intervenu sur la tour nord – celle de droite –, avant de rebâtir la tour sud telle qu’on la voit ici, sur le même modèle que la première. On documente la présence de Corot à Mantes en 1865, 1866, 1868 et 1869. La toile a dû être peinte à l’occasion de l’un de ces séjours.