Le premier bâtiment fut un monastère fondé par saint Maxenceul, évangéliseur de la région, dès le IV siècle.
Au IX siècle, les moines sont chassés par l'invasion des Vikings.
Réfugié à Tournus en Bourgogne, le prieuré va devenir une dépendance de l'abbaye de Tournus.
L'église va bénéficier des faveurs des seigneurs d'Anjou, Foulque IV le Rechin et Foulque Nerra ainsi que des taxes apportées par le port de Cunault.
En 1741, après avoir subi les affres des Guerres de religion, le prieuré est supprimé et le chœur est vendu quelques années plus tard.
En 1754, la nef devient la nouvelle église paroissiale de Cunault, en remplacement de l'église paroissiale Saint-Maxenceul, détruite cette année là par un ouragan. Les ruines vestiges de cette église Saint-Maxenceul font l'objet d'un classement au titre des monuments historiques depuis le 9 avril 1946.
En 1789, lors de la Révolution française, les bâtiments sont vendus comme biens nationaux.
Les cloches de la cathédrale de Constantine (Algérie) y ont été placées dans son clocher, à la fin de la guerre d'Algérie.
L'église Notre-Dame fait l'objet d'un classement au titre des monuments historiques depuis 1846.
