En 1845, la Ville de Paris passe une commande officielle à Camille Corot : une œuvre religieuse pour réaliser l'un des panneaux de l'église, Le Baptême du Christ, un panneau identique se trouve dans l'église de Ville-d'Avray (Hauts-de-Seine). Le tableau de Camille Corot a été partiellement recopié par le peintre Jean Masutti : il s'agit d'une peinture murale dans l'église Saint-Jean de Trémons, commune du département de Lot-et-Garonne.
En 1866, une eau-forte de Delauney représente le petit séminaire.
L'église a été peinte par Élisée Maclet et par Maurice Utrillo en 1930.
Gaston Leroux en fait une description pittoresque dans Le Parfum de la dame en noir, en 1908 :
« Mon Dieu, que votre Saint Nicolas du Chardonnet est une chose triste ! Décrépite, lézardée, crevassée, sale, non point de cette saleté auguste des âges qui est la plus belle parure des pierres, mais [d'une] malpropreté ordurière et poussiéreuse, cette église, si sombre en dehors, est lugubre dedans. Le ciel, qui paraît plus éloigné de ce saint lieu que de partout ailleurs, y déverse une lumière avare qui a toutes les peines du monde à venir trouver les fidèles à travers la crasse séculaire des vitraux. Avez-vous lu les Souvenirs d’enfance et de jeunesse, de Renan ? Poussez alors la porte de Saint-Nicolas-du-Chardonnet et vous comprendrez comment l’auteur de la Vie de Jésus, qui était enfermé à côté, dans le petit séminaire adjacent de l’abbé Dupanloup et qui n’en sortait que pour venir prier ici, désira mourir. Et c’est dans cette obscurité funèbre, dans un cadre qui ne paraissait avoir été inventé que pour les deuils, pour tous les rites consacrés aux trépassés, qu’on allait célébrer le mariage de Robert Darzac et de Mathilde Stangerson ! J’en conçus une grande peine et, tristement impressionné, en tirai un fâcheux augure. »
Paul Verlaine évoque le Quartier Saint-Victor et l'église Saint-Nicolas-du-Chardonnet dans son poème Clochi-Clocha :
Clochi-clocha
L'église Saint-Nicolas
Du Chardonnet bat un glas,
Et l'église Saint-Étienne
Du Mont lance à perdre haleine
Des carillons variés
Pour de jeunes mariés,
Tandis que la cathédrale
Notre-Dame de Paris,
Nuptiale et sépulcrale,
Bourdonne dans le ciel gris.
Ainsi la chance bourrue
Qui m'a logé dans la rue
Saint-Victor, seize, le veut ;
Et l'on fait ce que l'on peut,
Surtout à l'endroit des cloches,
Quand on a peu dans ses poches
De cet or qui vous rend rois,
Et lorsque l'on déménage,
Vous permet de faire un choix
À l'abri d'un tel tapage.
Après tout, ce bruit n'est pas
Pour annoncer mon trépas
Ni mes noces. Lors, me plaindre
Est oiseux, n'ayant à craindre
De ce conflit de sonneurs
Grands malheurs ni gros bonheurs.
Faut en prendre l'habitude ;
C'est de la vie, aussi bien :
La voix douce et la voix rude
Se fondant en chant chrétien...