Rescapée de la destruction de la forteresse en 1591, la chapelle du château devint église paroissiale. Elle fut un important pèlerinage régional (chapelle Notre-Dame-du-Pasme). Ce culte très répandu en Italie fut développé dans le Thymerais

par un seigneur de Châteauneuf de la branche des Princes de Mantoue L'intérieur présente une charpente en bois peinte en forme de carène renversée, plusieurs vitraux ainsi qu'une copie de La Résurrection de l'artiste hollandais Van Loo.

L'ancien clocher édifié sur la nef centrale fut remplacé en 1864 par l'actuel, lequel sera endommagé par les bombardements de 1940 et restauré en 1952.