En raison des conflits religieux, les soeurs bénédictines de Soyons sont chassées de leur village ardéchois
en 1622 et édifient une nouvelle abbaye à Valence.
Faute de revenus, le déclin est amorcé un siècle plus tard et en 1791, les immeubles sont vendus comme biens nationaux. Peu après, le couvent est intégré à l’arsenal de Valence qui occupe le site, puis la chapelle est mise à la disposition des Enfants du Rhône pour y entreposer leurs bateaux.
La façade en pierre de molasse, restaurée en 2008, présente un riche décor de style Louis XIII, animé par des pierres en bossage. Les niches sont couronnées par des petits frontons cintrés interrompus. Cet ensemble décoratif fait de cette façade le principal témoin de la belle architecture du XVIIe siècle à Valence.
La chapelle Notre-Dame de Soyons est inscrite au titre des monuments historiques depuis 1965.