Construite au XIIème siècle à l’angle de la rue le Charpenterie et de la rue du Petit Puits, l’église Saint-Donatien est une des plus anciennes d’Orléans. Sérieusement abimée pendant le siège d’Orléans par les Anglais, elle est reconstruite et Charles Quint découvre en 1539 une église neuve lors de son passage à Orléans. Mais 25 ans plus tard les protestants s’en emparent et la pillent. Une nouvelle restauration débute en 1650 pour se terminer au début du siècle suivant. Désaffectée à la révolution, l’église est transformée en atelier de charron en 1793, puis en 1798 en temple décadaire pour célébrer "la fëte des Epoux". En 1877 Mgr Couillé inaugure le sanctuaire actuel.
Auparavant située dans un quartier qui s’appelait Saint-Gratien jusqu’au XVème siècle, l’église tient son nom actuel des reliques d’un martyr nantais du IIIème siècle.