Avant la construction de la chapelle en 1939-1941, les catholiques d'Aubonne n'avaient d'autre possibilité que de se rendre à Rolle, à quelques kilomètres, pour assister à la messe. En 1913, sous l'impulsion de la famille de Heller qui s’installe à Bougy-Saint-Martin, un local est prêté aux jeunes de l’église pour entendre le curé de Rolle une fois par semaine. Quatre ans plus tard, le curé Boillat obtient de nouveaux locaux dans un ancien magasin de la rue des Marchands pour célébrer la messe, qui deviennent rapidement trop exigus. La communauté catholique peut ensuite s'installer dans l'espace plus vaste de la maison Maurer en 1921, avant d'envisager véritablement la construction d'une chapelle, rendue nécessaire par l’arrivée de nouvelles familles catholiques dans la localité vaudoise ("Inauguration et consécration de la chapelle catholique [...]", 1941, p. 2). Sous l'impulsion du curé Jules Corminboeuf, un fonds de construction est constitué dès 1929, alimenté par des dons, les œuvres des Missions intérieures, les contributions de l’Evêché et le produit de plusieurs kermesses.

Suite à l'acquisition d'un terrain en 1936, le Comité de construction, constitué du curé et de plusieurs personnalités locales, accorde le mandat aux architectes François de Reynold et Albert Cingria ("Aubonne", 1990, p. 1). Les deux architectes, respectivement fils de l'écrivain et historien Gonzague de Reynold et de l'artiste Alexandre Cingria, entretiennent de forts liens avec le Groupe romand de Saint-Luc, Société qui va progressivement disparaître dès 1945 et dans laquelle leurs pères ont joué un rôle emblématique (Noverraz, 2022).
Le Comité privilégie des entrepreneurs locaux, à l'instar de la maison Morandi à Féchy pour la maçonnerie ou l'entreprise Arni à Aubonne pour la menuiserie et la charpente ("Inauguration de la chapelle Notre Dame d'Aubonne", 1941, p. 2). Le coût de construction est devisé à 50'000 francs (Lincio, 2002, p. 15).
Quelques jours après le début des travaux, la Deuxième Guerre mondiale commence, mettant à mal l'avancement du chantier. La chapelle est terminée deux ans après le début des travaux et consacrée par l'évêque Mgr Marius Besson le 7 septembre 1941 ("Aubonne", 1990, p. 1). Elle est dédiée à la Vierge Marie, en référence à la chapelle Notre-Dame-de-la-Consolation qui se trouvait à l'église Saint-Etienne d'Aubonne (Lincio, 2002, p. 16).
Les architectes choisissent pour cet édifice un parti architectural moderne mais discret, traduisant bien son statut de chapelle, l'étendant en longueur plutôt qu'en hauteur et la coiffant sobrement d'un petit clocheton surmonté d'une croix. L'emploi de pierre de la Molière sur les façades, de même que le motif répété des baies en arc brisé, presque en tiers-point, qui rappelle les édifices catholiques antérieurs de Saint-Martin de Lutry et de Saint-Cergue, ancrent son architecture dans le langage de la "Nouvelle tradition", typique de la production de l'entre-deux-guerres. Sur la façade sud-est, une galerie-porche relie directement le lieu de culte à la salle paroissiale attenante ("Aubonne", 1990, p. 1).

Plusieurs artistes romands du Groupe de Saint-Luc obtiennent la décoration de l'édifice, à l'instar d'Emilio Maria Beretta, qui s'occupe de la décoration générale, soit les peintures murales et les vitraux. Le chemin de croix peint en frise continue sur les deux parois de la nef a été financé par la fondation Gleyre ("Inauguration de la chapelle Notre Dame d'Aubonne", 1941, p. 2) et a fait l'objet de plusieurs restaurations (Favre-Bulle, 2006). Le sculpteur François Baud reçoit le mandat des sculptures sur bois entourant le retable, représentant six saints et saintes auxquels étaient dédiées des chapelles dans les anciens lieux de culte d'Aubonne avant la Réforme (Lincio, 2002, p. 15). La tapisserie-retable, conçue sur un carton de Beretta, est l'oeuvre de l'artiste genevois Raoul Bovy-Lysberg et représente la Vierge à l'Enfant entourée de deux paysans lui offrant le fruit du travail de la vigne et des champs. L'orfèvre Marcel Feuillat conçoit le tabernacle du maître-autel, offert par ses trois derniers curés (« Inauguration et consécration de la chapelle catholique [...]», 1941, p. 3). Enfin, un vitrail de jeunesse de Marcel Poncet, artiste genevois à la fois maître-verrier et peintre-verrier installé à Vich, non loin d'Aubonne, orne la salle paroissiale. Réalisé en 1915, il a été récupéré de l'un des anciens lieux de culte utilisé avant la construction de la chapelle, la maison Maurer, pour être placé au centre des fenêtres éclairant cet espace (Lincio, 2002, p. 18). Des lettres entre Marcel Poncet, l'un des architectes et le curé Corminboeuf indiquent que l'artiste était pressenti pour la réalisation des vitraux de l'église en 1940 (De Reynold, 1940), commande qui a finalement été accordée à Beretta en collaboration avec l'atelier Chiara de Lausanne, probablement pour assurer une certaine harmonie stylistique avec le reste de la décoration.

Les orgues datent de 1959 et remplacent un premier harmonium. Au début des années 1950, la paroisse fait l’acquisition de l’immeuble jouxtant la chapelle pour loger le curé, et, en 1963 est inauguré l’immeuble de la Fraternité des Petites sœurs de Jésus, qui prennent part à la vie de la communauté locale. Suite à l'effondrement d'une partie du toit de la salle paroissiale en automne 1988, cette dernière est rénovée, en même temps que la chapelle, sous la direction de l'architecte Jean-Marc Deslarzes d'Aubonne ("Aubonne", 1990, p. 1).

Aubonne. (1990, 6 avril). Le Jura vaudois. Journal d’Aubonne. Feuille d’avis du district d’Aubonne (14), 1. https://scriptorium.bcu-lausanne.ch/s/xj9kv86qLV

De Reynold, F. (1940, 30 juillet). Lettre à Marcel Poncet. Archives du Vitrocentre Romont, Suisse, fonds Marcel Poncet, “vitraux II 1932-1947”.

Favre-Bulle, E. (2006, 29 juin). Rapport de visite. Examens diagnostiques des peintures murales. Chapelle Notre-Dame Aubonne. Archives du SIPAL, Lausanne, dossier 17 Aubonne.

Inauguration de la chapelle Notre Dame d'Aubonne. (1941, 10 septembre). Journal d'Aubonne : Organe des Intérêts du District, 2. https://scriptorium.bcu-lausanne.ch/s/eSmIuudH92

Inauguration et consécration de la chapelle catholique Notre-Dame d’Aubonne. (1941, 12 septembre). Le Jura vaudois et feuille d’avis du district d’Aubonne, 2-3. https://scriptorium.bcu-lausanne.ch/s/RzpKq5pTMw

Lincio, P. (2002). Paroisse catholique romaine Aubonne-Gimel (Secteur de la Côte Rolle-Aubonne-St-Prex) (Décanat de Saint-Bernard) [document inédit]. Paroisse catholique Aubonne-Gimel.

Noverraz, C. (2022). Le Groupe de Saint-Luc (1919-1945) : expression et quête d'identité d'une Société artistique catholique dans l'Europe de l'entre-deux-guerres [thèse de doctorat inédite]. Université de Lausanne.