Das Kloster Notre Dame, am Graben gelegen, also außerhalb der Stadtmauer, war die Eichstätter Niederlassung der regulierten Chorfrauen des Heiligen Augustinus. Der in Lothringen entstandene Orden widmete sich in erster Linie der Schulbildung von Mädchen. Nach Eichstätt kam er auf Initiative der Nichte des Fürstbischofs Johann Anton I. Knebel von Katzenelnbogen (1705 - 1725), Maria Anna Charlotte. Nach der Klostergründung 1711 trafen fünf Nonnen aus Mainz und Pont-à-Mousson in Eichstätt ein. Der Bau des Klosters wurde 1712 vom Baumeister des Domkapitels, Benedikt Ettl, begonnen. Es handelt sich um den Ost-West-Flügel mit dreigeschossigen Pavillons an den Ecken. Der straßenseitige Pavillon mit dem mittigen Portal weist eine reichere Gliederung auf. 1716 konnten 16 Nonnen den Konventbau beziehen.
Den Kirchenbau, zu dem 1719 der Grundstein gelegt wurde, plante Gabriel de Gabrieli. Die Datierung der Fresken Johann Georg Bergmüllers "1721" gibt wohl die Fertigstellung der Bauarbeiten an. Am 11. Juni 1722 wurde die Kirche geweiht. Die dreigeschossige Straßenfront wird von dem zentralen Kuppelbau durchdrungen. Die symmetrischen Flügel, die die Geschosszahl und Höhe des Konventbaus aufnehmen und sich durch Kolossalpiaster und eine Attika auszeichnen, nahmen Oratorium und Chor mit Sakristei auf. Die Portalfassade ist eine reichbewegte Architektur mit Piastern, Architrav und Attika, die in der Mitte gekrümmt ist und auf einem Postament die Madonnenstatue von Mathias Seybold trägt.
Der Kirchenraum wird von der Rotunde bestimmt. Der Eingang liegt überraschenderweise in der Querachse, der Raum ist nach Norden orientiert. Vier Anräume in den Hauptachsen öffnen sich mit hohen Korbbögen zum Zentralraum und sind unterschiedlich tief. Sie werden verbunden durch umlaufende Emporen, die nur durch die flache Chorschlusswand unterbrochen werden. Sie sind geprägt von einem bei Gabrieli beliebtem Motiv, dem sog. Syrischen Bogen, bei dem das Gebälk einer dreiteiligen Kolonnade in der Mitte als Bogen hochgeführt wird. Die Rotunde teilt sich über dem hohen Sockelgeschoss scheinbar in eine äußere und innere Schale, die auf die genialen Vierungskuppellösungen Balthasar Neumanns vorausweisen.
Für den Stuck im Frührokokostil, dessen Intensität sich nach oben hin steigert, wird Donato Polli verantwortlich gemacht. Er besteht überwiegend aus dünnem Bandwerk mit Akanthusranken und Blüten, aber auch aus figürlichen Teilen. Den Fresken Bergmüllers werden relativ kleine Flächen zugewiesen. Im Sinne der italienischen Tradition des "quadro riportato" öffnet sich in ihnen eine eigene Himmelswelt, die die reale Architektur ersetzt. Das Bildprogramm ist dem Herzen Jesu gewidmet, einem neuen Kult, der popularisiert werden sollte.
Das runde Fresko im Scheitel der Kuppel mit einem Durchmesser von 4,40 m zeigt die Huldigung des Herzen Jesu durch die vier Erdteile. In den breiten anschließenden Stichkappen sind Maria, Johannes Evangelist, Longinus und der ungläubige Thomas dargestellt. Die schmalen Bildfelder unmittelbar über dem Kuppelgesims füllen Szenen mit den hl. Augustinus, Karl Borromäus, Johannes Gualbertus und Franz Sales. Dieses Bildprogramm, das wohl jesuitisch geprägt ist, lässt sich auf einen Nenner bringen: Das Herz Jesu ist der Schnittpunkt des Göttlichen und Menschlichen, es ist der lebendige Tempel Gottes, Wohnsitz der Weisheit und Ursprung aller Gnaden. Die Farbwerte der Fresken sind harmonisch abgestimmt. Es überwiegen helle Rot- und Ockertöne.
Nach der Aufhebung des Klosters durch die Säkularisation wurde die bedeutende Ausstattung, zu der u. a. Gemälde von Bergmüller gehörten, an Kirchen in der Umgebung verkauft. Die Gebäude gingen in städtischen und privaten Besitz über. Ab 1907 wurde der kunsthistorische Wert der Anlage erkannt, und es setzten Bestrebungen ein, sie sinnvoll zu nützen. Vorübergehend beherbergte die Kirche ein Museum. 1923 fand eine Restaurierung statt. Der sich verschlechternde Zustand führte zu einer umfassenden Instandsetzung und Restaurierung durch den Landkreis Eichstätt, der im Kirchentrakt das Informationszentrum Naturpark Altmühltal einrichtete.
