À l'origine, il s'agissait d'un oratoire dédié à Sainte Anne, mère de la Sainte Vierge. Sa construction au centre du bourg est décidée en 1623 par le curé de La Chaume, Jacques Benoist. Au fil des années, ce lieu de prière occupe une place croissante dans la vie religieuse chaumoise. Des travaux d'agrandissement sont entrepris au début du XVIII^e siècle et la bénédiction du chœur de la chapelle a lieu le lundi 23 décembre 1726.
Cet édifice religieux devient l'église paroissiale de La Chaume après que l'armée se soit emparée du prieuré Saint-Nicolas en 1779. De fait, le nom du saint patron de La Chaume s'est substitué à celui de Sainte Anne. Le 6 décembre 1787, le nouvel autel de Saint Nicolas est béni. C'est à cette époque que débutent également les travaux des deux petits autels dédiés à Saint Pierre et à Sainte Anne. Le clocher, dont la première pierre a été posée le 24 septembre 1789, est terminé le 5 décembre suivant.
Le 27 novembre 1793, le Conseil municipal ordonna que les bancs de l'église soient démolis. Pendant la Révolution française, l'église est transformée en hôpital puis en écurie avant d'être vendue comme bien national au négociant Antoine Coppat. En 1799, l'église est partiellement démolie et son clocher abattu.

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