La fondation de la chapelle Notre-Dame du Rocher peut être mise directement en lien avec la construction du premier château de Lassay, dont elle constituait le lieu de culte. La chapelle est en effet édifiée à une centaine de mètres à l'est de celui-ci, dans l'enceinte de sa basse-cour primitive. La première mention de la chapelle, dans le cartulaire de l'abbaye de Marmoutiers, date de 1100, mais la baie à linteau échancré, située dans le mur gouttereau nord de la nef, et les maçonneries de petits moellons aux assises réglées qui l'entourent plaident pour une construction antérieure, vraisemblablement de la première moitié du XIe siècle. Vers 1120, la chapelle est décrite comme « capella quae infra castrum est de Laceio ». A cette date, Juhel II de Mayenne fait une série de dons à l'abbé de Marmoutiers, parmi lesquels se trouvent la chapelle de Lassay et ses appartenances.

Les bras du transept ont été ajoutés à la fin du Moyen Âge ou au début de l'époque moderne.

L'abside, frappée par la foudre en 1765, a peut-être été reconstruite à cette date. Les traces d'une reprise sont en effet visibles sur le côté sud de l'abside (chaînage joignant une maçonnerie semblant utilisé des moellons en remploi assisés et une maçonnerie préexistante).

Notre-Dame du Rocher conserve son statut de chapelle castrale jusqu'à la Révolution. Néanmoins, l'église paroissiale située à Saint-Fraimbault, étant éloignée de Lassay, nombreux sont les habitants de la ville à assister aux messes dans la chapelle. Le seigneur de Lassay rappelle régulièrement ses droits sur la chapelle au cours du XVIIIe siècle, comme dans l'aveu de 1756, où il précise qu'il n'y pas de fonts baptismaux, qu'il est le seul à pouvoir nommer les marguilliers, à avoir droit de banc et de sépulture. Notre-Dame-du-Rocher devient église paroissiale en 1802, puis est convertie en halle aux grains après l'achèvement de la nouvelle église Saint-Fraimbault en 1863.

Dans les années 1960, elle est transformée en salle des fêtes, ce qui a permis la mise au jour des peintures qui ornent ses murs.