L'église de la Chapelle-Gauthier date du XIIIe siècle, notamment le sanctuaire et le chœur de l’église, selon un cartulaire qui date de l'an 1210. Le clocher de type briard date pour sa part du XVIe siècle.
La voûte de la nef est refaite à deux reprises, au XVe siècle et au XVIIIe siècle, tandis que l’abside est restaurée en 1845.
En 1959, des travaux importants sont entrepris sur la toiture et la nef, alors que l’éclairage est modernisé et que les verrières du chœur sont remplacées.
L'église est classée Monument Historique depuis 1990.