La chapelle des Messieurs se situe à l’emplacement d’un terrain cédé en 1638 (AC Lyon, DD 379) à l’angle du quai Jean Moulin et du passage Ménestrier. La première pierre est posée le 14 avril 1640. Elle est représentée, de façon sommaire, sur le plan de Maupin de 1659 (AC Lyon, 1 S 171). A la chapelle était adjointe une sacristie et une salle d'assemblée, dite salle du pilier, visibles sur le plan de 1763 (AC Lyon, 1 S 115).
A l'exception des peintures de la voûte, le décor de la chapelle est confié en 1673 à Thomas Blanchet, qui en donne le dessin (CLAPASSON, 1741, éd. 1982, p. 98), probablement d'après les directives du Père Ménestrier (GALACTEROS - DE BOISSIER, 1991, p. 188) et réalise le tableau d'autel, une Assomption, entourée de saint Jean l'Evangéliste (à droite) et saint Joseph (à gauche), ainsi que douze tableaux sur la Vie de la Vierge placés dans la nef (Ibid., p. 107). Il n'est pas sûr que le maître-autel, dont ne subsistent que des vestiges, soit l’œuvre de Michel Perrache (attribution due à AUDIN et VIAL, t. 2, p. 99, repris par GALACTEROS, op. cit, p. 188) ; celui-ci naît en 1686, alors que la totalité du décor de la chapelle est achevée au plus tard à cette date (Ménestrier en fait la description dans La Science et l'art des devises, Paris : 1686).
La chapelle a subi de nombreuses modifications depuis sa désaffectation. En premier lieu sous la Révolution, avec le démontage de l'autel et l'enlèvement du décor. L'installation en 1835 d'un amphithéâtre de chimie, dit parfois " Salle du Rhône ", pour la Faculté des sciences de l'Université de Lyon, à laquelle une partie des locaux du lycée est affectée, entraîne des changements plus radicaux (les crédits sont votés par la Ville le 30.08.1834). Les gradins, auxquels on accède depuis un petit escalier situé côté passage Ménestrier desservant la tribune (ill. IVR82_20156901667NUCB, carte postale du début du 20e siècle), vont descendant vers le nord depuis le niveau de cette dernière jusqu'au niveau du sol ; deux fenêtres et toutes les ouvertures donnant sur le passage Ménestrier, y compris l'entrée de la chapelle, sont obturées, tandis que deux baies sont rouvertes côté cour et vitrées. Enfin une porte est ouverte en 1835 dans le mur nord pour faire communiquer l'amphithéâtre avec le vestibule d'entrée sur la cour (actuelle cour des cuisines). Par la suite, il sera affecté indifféremment aux facultés des sciences ou des lettres pour accueillir les cours les plus fréquentés.
L'amphithéâtre est réaménagé en 1855 par Dardel, architecte en chef de la Ville (AC Lyon, 477 WP 007), puis transformé en salle de gymnastique au début du 20e siècle (les percement pour les portants d'agrès sont encore visibles dans les parties hautes de certains pilastres). L'installation de la chaufferie de l’établissement par l'entreprise Meyerie Gigon entre 1954 et 1956 (AC Lyon, 1521 WP 014, suite au rapport de l'ingénieur principal des services techniques de la Ville de Lyon, 23.12.1953, 725 WP 027-4) a largement contribué à la dégradation des peintures de la voûte. Un projet de restauration de ces dernières, en 1861, n'avait pas abouti, le budget initialement alloué ayant été absorbé par la restauration du décor de la chapelle de la Trinité (AC Lyon, 477 WP 007). Pourtant, Flachéron signalait déjà en 1843 l’intérêt de ce décor et son mauvais état de conservation (Description critique des bâtiments du Collège, p. 440). Une étude préalable à la restauration de ce décor, réalisée en juillet 2017, a cependant mis en évidence une intervention importante de restauration des peintures, que ne permettait pas de distinguer leur encrassement ; aucun source permettant de déterminer la date de cette intervention n'a pour l'heure été identifiée.
Depuis 1982, elle abrite le réfectoire du collège et du lycée, communiquant avec les cuisines par deux ouvertures pratiquées dans le mur nord vers les pièces en rez-de-chaussée de l'ancienne aile des oratoriens.
Chercheuse au service de l'Inventaire général du patrimoine culturel (2006-...)