La première mention de l'Hôtel-Dieu de Coëffort est l'acte de fondation sous l'impulsion d'Henri II Plantagenêt signé entre 1180 et 1181. L'hôtel-Dieu s'intègrerait dès lors aux nombreux édifices construits au profit des malades et des pauvres, donc à visée caritative dans l'Empire Plantagenêt dans la seconde moitié du XIIe siècle. Ces fondations s'accompagnent de donations aux communautés religieuses pour assurer la gestion des sites. La position "faubourienne" de Coëffort peut tenir du fait que sa fondation est en effet dû à un laïc duquel le seigneur du lieu est le suzerain et permet cette implantation, au-delà des terres occupées par les congrégations religieuses ou par l'épiscopat.

Cependant, l'absence de sources rendent les années de fondation relativement imprécises. En effet, la charte de fondation connue aujourd'hui est une copie du XVe siècle. La disparition de la pièce originale paraît être précoce car en 1207 les religieux de la Couture réclament aux frères de Coëffort le service et la rente féodale qu'ils leur doivent du fait de la construction de la Maison-Dieu. L'archive relatant cet évènement rappelle que les frères de Coëffort ne sont pas en mesure de fournir la charte originale de fondation tout en spécifiant tout de même au court de la charte que la Maison-Dieu a été fondé par Henri II vers 1180. Ce conflit amène l'évêque du Mans a prononcé une sentence arbitrale déclarant Henri II comme fondateur. Pourtant, le témoignage de Guillaume le Maréchal, chevalier d'Henri II, lors de la prise du Mans par Philippe Auguste en 1189 évoque la Maison-Dieu ce qui suppose donc que l'édifice est alors achevé.

Pour les historiens et érudits de la seconde moitié du XXe siècle, un certain nombre d'éléments architecturaux venaient assoir la thèse d'une construction aux alentours de 1180. Le type de voûtement employé, bombé et dont les nervures sont brisées est tout à fait contemporain. Le profil des nervures aux voûtes de la grande salle reprend la forme en amande relativement mince tel qu'il est adopté à l'église de La Couture. Les chapiteaux sculptés en façade et en intérieur reprennent par endroit le motif des dents de scie et du ruban plissé caractéristique de la sculpture angevine et mancelle de la seconde moitié du XIIe siècle. De plus, la comparaison bien connue avec l'hôpital Saint-Jean à Angers n'est plus à faire tant les similitudes architecturales sont prégnantes. Enfin, la distribution intérieure soit une grande salle divisée en trois travées matérialisées par des colonnes rappelle des dispositions déjà éprouvées dans les salles des malades contemporaines à Angers, à Laon, à Caen ou à Chartres. Cependant, sous certains aspects, l'Hôtel-Dieu du Mans fait preuve d'une certaine précocité stylistique, notamment pour les colonnes de la salle dont les socle et les tailloirs octogonaux présentent des bases non griffées. Leur forme diffère du style manceau de la fin du XIIe siècle et paraît évoquer une certaine évolution du style décoratif.

Cependant, les études actuelles et les nouvelles comparaisons qui émergent pourraient apporter des éléments de datation relativement nouveaux. Le culot sur la façade occidentale représentant une tête humaine a pu être rapproché de celles sculptées dans la nef de la cathédrale du Mans et datées de 1158. Edifice qui semble avoir inspiré également les chapiteaux au revers de la façade occidentale (tailloirs moulurés de ruban plissé). De même, des chapiteaux conservés aux façades est et ouest peuvent être comparés à des corbeilles sculptées du chevet de la cathédrale de Poitiers dans les années 1160. De plus, plusieurs détails différent de Saint-Jean d'Angers. Les bases des colonnes sont lisses et non griffées et les socles sont octogonaux comme les tailloirs. L Les bases sans griffe sont un marqueur temporel important car dans le Maine, comme l'a démontré Bénédicte Fillon-Braguet elles sont exclusivement associées à des colonnes à pans coupés avant 1220-1230. Le motif de dents de loup présent sur la première pile nord est se développe à partir des 1220 en Normandie et en particulier au Mont-Saint-Michel. Enfin, les tailloirs à pans coupés s'imposent dans le premier quart du XIIIe siècle. Et la combinaison de tous ces éléments n'est identifié dans le royaume Plantagenet que vers 1220-1225 à Saint-Serge d'Angers, Cunault, Candes ou Beaulieu-Lès-Loches. L'analyse poussée des voûtes certes octogonales mais composites car mixant des nervures diagonales non pénétrantes et des liernes orthogonales pénétrantes, ce qui se développe dans le premier tiers du XIIIe siècle.

La proposition de datation de Bénédicte Fillon-Braguet tient notamment à l'analyse de l'escalier qui, il est vrai, présente un extrados à gradins situé dans l'embrasure de ce que la chercheuse identifie comme une ancienne porte menant à une pièce haute remplacée dans les années 1220 par la partie supérieure voûtée de l'église actuelle. Ainsi, cette division initiale de l'espace entre une salle basse et une salle haute remplacée dans les années 1220-1230 expliquerait les différences de style (vers 1150-1160 pour les éléments en partie inférieure et en extérieur) et la partie supérieure (vers 1220-1230).

Les documents les plus anciens conservés sont des règlements à partir de 1230. La règle de l'Hôtel-Dieu est édictée entre 1231 et 1234 par l'évêque du Mans, Geoffroi de Laval.

En 1397, la confrérie de Coëffort se transforme en communauté suivant la règle de Saint-Augustin. Bien que soutenu par les comtes du Maine successifs, notamment à travers des donations, les bâtiments de Coëffort semblent en état de dégradations au XVIe siècle, comme l'évoque les archives des nombreux procès qui opposent les frères à la municipalité. L'ensemble de ces documents apportent des informations précieuses quant à l'implantation des édifices, décrivant notamment dans un règlement de 1552 les travaux entrepris par les lazaristes : abaissement de la toiture ce qui implique le comblement des baies au niveau des combles dont les jambages sont en partie encore visible sur la façade sud.

Les travaux se poursuivent au début du XVIIe siècle, notamment au niveau des combles avec l'intervention d'un certain Nicolas Buon en 1611 dont la signature est visible dans la tour d'escalier en vis et en 1615 par Antoine Quereau, maitre charpentier qui modifie la charpente. En 1645, les Lazaristes s'installent à Coëffort à la suite du concordat entre Vincent de Paul, général de la Mission et le dernier maître de l'Hôtel-DIeu, Martin Lucas. La charge de l'Hôtel-Dieu revient aux prêtres de la Mission. Du fait de l'implication des lazaristes au Séminaire du Mans, Coëffort devient en 1648 la chapelle du séminaire du Mans. La charpente est à nouveau remaniée en 1663 avec une dépose et une repose. Elle correspond à la charpente actuelle.

En 1791, les lazaristes fuient Le Mans et le District récupère les bâtiments pour les utiliser comme prison pour les prêtres manceaux. En 1795, les bâtiments sont transformés en dispensaire pour les soldats vendéens. Puis, le bâtiment devient écurie, hôpital militaire et magasin à fourrages. Cela entraine de nombreux travaux à la fin du XVIIIe siècle (enlèvement de la grille de fer qui séparait le chœur de l'église de la Mission parce que les barreaux se trouvaient brisés) et au début du XIXe siècle : réfection des toitures, mise en place d'un plancher pour créer un étage au-dessus de l'écurie. En 1829, la salle est divisée en deux niveaux. Le plancher est situé au niveau des chapiteaux. LE rez-de-chaussée est une écurie et les étages sont des chambres.

Après une longue période dans le giron de l'Etat, l'église de la Mission est remise à la ville dans la séance du conseil municipal du 27 juin 1946 après qu'elle est donc été investie par l'Etat comme bâtiment militaire.

Le bâtiment est classé MH en 1947 après que Julien Polti, architecte en chef des Monuments Historiques de la Sarthe ait signalé le bâtiment au Directeur Général des Beaux-Arts. Ce classement engendre une phase de fouilles et de restaurations menées par Robert Vassas, architecte en chef des Monuments Historiques entre 1950 et 1955.

En 1952, le cardinal Grente consacre l'église sous le vocable de Sainte-Jeanne d'Arc de Coëffort.