Les érudits sarthois du XIXe siècle font remonter la construction de la première église de Sainte-Croix au Xe siècle en s'appuyant sur l'Histoire des évêques du Mans d'Antoine Le Corvaisier dans laquelle l'auteur attribue à Hugues, comte du Maine, l'édification ou la reconstruction d'un certain nombre d'églises paroissiales mancelles dont Sainte-Croix. Cette première construction aurait occupé la même place que celle détruite à la Révolution, proche du grand cimetière, à la frontière d'avec Le Mans.

La source la plus ancienne mentionnant l'église et le presbytère date de 1692 et concerne le percement d'une ruelle ci-devant l'église et le presbytère qui, selon la description qui en est faite correspondrait à la partie sud de l'actuelle rue Erpell.

Entre 1781 et 1783, des réparations sont menées dans l'église : démolition de la chapelle sud, construction d'un mur pour clore le chœur, changement de la charpente et du clocher. Dans le devis descriptif aux travaux daté de 1781, une description sommaire de l'église est faite : la porte principale est au couchant sous un appentis. Le plan est en croix latine. La nef mesure 46 pieds de longueur et 22 de largeur. Au-dessus de la porte d'entrée à deux vantaux se positionne une rosace.

Dans les premiers temps de la période révolutionnaire, les réunions du conseil communal se font dans l'église (1790-1792). Mais le 23 septembre 1796 l'église et le presbytère sont vendus pour 9120 francs à Pierre Leguicheux, juge au Mans qui fut un des grands acquéreurs des biens saisis à la Révolution en Sarthe.

Sur le plan cadastral napoléonien de 1810, l'église semble déjà détruite, ce qui est confirmé par une enquête sur les églises paroissiales du Mans datée de 1818 et qui décrit celle de Sainte-Croix comme détruite.

Cependant, le presbytère qui apparait à plusieurs reprises comme ruiné semble n'avoir connu que des modifications tout en ayant conservé un certain nombre de détails architecturaux Ancien Régime qui ont pu être identifiés par le travail de terrain. En effet, dans la pièce sud en rez-de-chaussée les murs montrent l'emploi de moellons de calcaire pris dans un enduit à la chaux. De plus, une ouverture en anse de panier et une niche sont ménagées dans le mur est de la pièce.

Un travail cartographique convoquant différentes source permet également d'affirmer que la maison de la rue Erpell correspond à l'ancien presbytère et une partie de l'église dans son emprise au sol.