Капела була задумана як сховище реліквій, вивезеного хрестоносцями з пограбованого у ході хрестового походу Константинополя в 1239 році тернового вінця. Королю Франції Людовику IX (Святому) видалося важливим отримати «терновий вінець, залитий кров'ю Христа». Він купив його, за деякими даними за 137 тисяч ліврів, у Латинського імператора Балдуїна II і терновий вінець відвезли до Парижа. Набуття реліквії такого рангу потребувало для нього гідного обрамлення, а саме побудови нової церкви на місці старої знесеної королівської каплиці Святого Миколая. Зведена в рекордні терміни, за 33 місяці, з 1242 по 1248 роки, під керівництвом П'єра з Монтрея, одного з найбільших зодчих готики, за зразком аналогічної споруди при Сен-Жерменському замку. Споруда коштувала скарбниці «всього» 40 тисяч ліврів, що обійшлося втричі дешевше вартості тернового вінця. Дата закладки капели невідома, але є точна дата дня освячення Сент-Шапель — 26 квітня 1248 року.

Згодом Сент-Шапель зазнала декілька реставрацій: в XV столітті, 1837 року — Лассю та Віолле-ле-Дюком і пізніше. З 2008 року триває реставрація семи вітражів. Вартість робіт — € 10 млн. На 2017 рік відреставровано вітражі північної, східної та західної стін.