La fondation de l'église paroissiale du Mesnil, dédiée à la Vierge, est sans doute antérieure au XIe siècle. Entre 1013 et 1022, l'abbé de Saint-Florent, Giraud, cède l'église et la moitié de la paroisse à Albéric II de Montjean, mais dès le XIIe siècle, celle-ci semble être revenue dans le giron de l'abbaye. L'ecclesiam Sancte Marie de Masnilio figure, en effet, au nombre des paroisses appartenant au territoire exempt de Saint-Florent dans la bulle du pape Innocent II de 1143. De cette première église médiévale, on ne conserve aucun vestige. Il ne reste guère plus de souvenirs des chapelles connues au Moyen Âge et à l'Époque moderne, telles celles des seigneurs de Vaugirault, dont la famille avait droit de banc et de sépulture dans l'église, ou des seigneurs de la Bretèche reconstruite par Jean Chérouvrier en 1696, à droite du grand autel, sur des plans de l'architecte nantais Etienne Bedoy. L'église n'est pas en train bon état en 1748 lorsqu'elle est expertisée en 1748 : "il est nécessaire de recrépir et reclouter en différents endroits la masse du clocher [...] et faire six toises de couverture sur le chœur". Les verrières de ce dernier sont en partie brisées et le carrelage est "entièrement corrompu".

L'église actuelle – élevée sur l'emplacement de l'ancienne, mais orientée en sens inverse – a été reconstruite entre 1839 et 1843 par Sébastien-Michel Dellêtre (1802-1864). Il s'agit de la toute première réalisation sur le territoire de Mauges-sur-Loire de cet architecte angevin à qui on devra par la suite le dessin des églises de Bourgneuf-en-Mauges (1847-1849), de La Chapelle-Saint-Florent (1850-1856), de Saint-Jean du Marillais (1850-1857), de Saint-Laurent-du-Mottay (1856-1858) et de Botz-en-Mauges (1859-1861).

Bien que le devis initial ait été de 29 995 francs, le coût total de la construction s'éleva à 43 052 francs à la réception des travaux en 1843. Les dernières sommes furent réglées par la commune en 1863. Le tabernacle aux colonnes de bois doré de l'ancienne église a été conservé. Une nouvelle cloche fut installée en 1843. Un projet de consolidation par Joseph-Marie-Gabriel de Coutailloux fut abandonné en 1865, mais la toiture fut refaite en 1889 par Ruault, père.

En 1965, l'architecte Yves Jamard intervint pour la réfection du clocher à la suite d'un sinistre survenu en août 1963. Au début des années 1970, des travaux furent réalisés sur la corniche extérieure et les vitraux furent restaurés par les ateliers Barthe-Bordereau. En 1972, le grand autel à baldaquin en stuc a été remplacé par un autel dont la table en marbre provient de l'ancienne chapelle du Centre Hospitalier Universitaire d'Angers.

En septembre 1990, la façade de l'église dont les tuffeaux étaient particulièrement dégradés sont restaurés par Hubert Rolland, tailleur de pierre d'Ingrandes.