Dès l’origine, l’église paraît consacrée à la sainte Vierge, dont elle célébrait la fête au jour de l’Assomption.

Différentes églises se sont succédé à Challain au même emplacement,« Jean Hiret, curé de Challain, dit dans ses Antiquitez d’Anjou que Robert de Dinan, baron de Chasteaubriand, en l’an 1428, donna l’église et « presbytère de Nostre-Dame de Challain à l’abbesse et religieuses de Nioiseau. »

Cette donation due, il est vrai, à un seigneur de Challain, remonte, paraît-il, à une époque beaucoup plus reculée et doit être reportée aux premières années du XIIe siècle. L’ancienne église n’a laissé aucune trace dans le cours des âges, il est probable que l’église de Challain n’eut pas à souffrir des guerres de religion.

Aucune indication de restauration ou de construction nouvelle ne se rencontre dans les registres de la paroisse depuis leur origine jusqu’à la fin du XVIe siècle, et d’ailleurs l’état de délabrement signalé en 1730 prouve que l’édifice était fort ancien.

Lorsque le curé Maussion prit possession de la cure de Challain, en 1703, il remplaçait un prêtre fort âgé, messire André Lambaré, qui vécut encore pendant trois ans. En 1730 le curé Maussion note dans son journal« Le 14 décembre 1730, j’ai fait rendre au Conseil du Roi un arrêt qui ordonne les réparations de notre église, qui tombait en ruine, surtout le clocher et les chapelles ». Il fit donc rebâtir le clocher, le   transept, le cœur et les chapelles.

Les travaux de reconstruction de la nef qui n’avait pu être effectué à l’époque du curé Maussion le furent avec le curé Hervé, commencés en 1772, étaient achevés trois ans plus tard. 

La nouvelle nef fut bénie le 25 février 1775.

Grâce à Théodore de Quatrebarbe nous avons un dessin de cette ancienne Église (image).

L’église traversa la période révolutionnaire, elle existait encore en 1862 mais reconnue insuffisante, 2035 habitants en 1861, le conseil de fabrique songea à la remplacer par un édifice plus vaste et demanda en 1860, un plan de reconstruction à l’architecte Angevin Eugène Augustin Dusouchay.

Le plan, de style néogothique, présenté quelques mois plus tard, dut être modifié et fut approuvé par le Ministère des Cultes en 1862.

Les travaux furent menés activement par l’entrepreneur, Mathurin Tremblay, de Challain-la-Potherie et, dès 1864, les trois nefs et le clocher étaient achevés.

Le chœur et le transept restaient à construire. Mais en 1877, la Fabrique fut autorisée

à terminer l’église avec le concours du même architecte et du même entrepreneur, et deux ans suffirent pour mener à terme la nouvelle œuvre, inaugurée le dimanche 16 février 1879. La flèche seule reste à édifier

Ses dimensions sont de 58 mètres de long pour 26 mètres de large au transept, 11 au niveau du clocher.

Avec sa nef à 4 travées, son transept saillant, ses oculus polylobés et ses baies géminées, notre petite Notre Dame montre sa splendeur . A l’intérieur, levez les yeux, trois vaisseaux croisés de voûtes d’ogives très bombées, les vitraux sont l’œuvre de Victor Gesta représentant l’Assomption accompagné de saint Albert et de saint Louis. La rosace coté nord est dédiée à la sainte vierge.

Les autres vitraux, au nombre de cinq, au dessus de la rosace figurant Jésus-Christ remettant les clés à St Pierre, sont placés saint Pierre et saint Paul.

Le maître Autel orné de bas relief surmonté d’un retable à mosaïque de fleurs, le petit Autel en pierre blanche est dédié à St Joseph, à gauche les deux Autels étant consacré à la sainte Vierge, tout cela démontre sa beauté.

Les bancs de l’église en sapin ont été placés en 1879

La boiserie du chœur provient de la précédente église, conçu au début du 19è siècle.