La chapelle de Rousset (capella de Rosseto) est enregistrée au XIVe siècle dans le pouillé de Die. Une visite pastorale de 1509 mentionne deux églises paroissiales à Rousset : Sainte-Marie-Magdeleine, située dans les murs, et Saint-Mayeul, dans le cimetière hors les murs. La première, tout près du logis du prieuré, est certainement la chapelle seigneuriale (les premiers seigneurs de Rousset étant les prieurs) ; la seconde était à l'origine celle d'un prieuré clunisien (Saint Mayol) attesté en 1337. La visite pastorale de 1664 constate qu'étant donné le mauvais état de Saint-Mayeul, le service se fait à "Sainte-Magdeleine", qui comprend deux chapelles, Notre-Dame de Grâces à droite de la nef et Notre-Dame de Pitié à gauche. La 1ère avait été fondée en 1538 par le prieur Charles de la Baume, la seconde, dont la clef de voûte porte les armoiries des Alrics de Cornillan, est celle des seigneurs laïques et se situe vers la même époque ; sa porte, au nord, en arc surbaissé orné de moulures, aurait été refaite en 1633 (vestiges mis au jour lors d'une démolition en 1902). Ces chapelles en vis-à-vis ont été intégrées dans la reconstruction partielle de l'édifice au début du XVIIIe siècle. Les travaux commencent en 1716 par l'agrandissement de la nef et le prolongement des chapelles ; cette extension nécessite la démolition d'un local près du prieuré appelé l'hôpital (fondé en 1587). De 1733 à 1735, sur les plans de Vincent Julian, entrepreneur à Valréas, Antoine Ulo, maître maçon de Rousset, construit le choeur à cinq pans, la sacristie, ainsi que la chapelle de la confrérie du St-Rosaire du côté de la bise. En mai 1736, l'église est consacrée sous le vocable de Saint-Mayeul, par Mgr. Daniel Joseph de Cosnac, évêque de Die. L'édifice comprend quatre chapelles : à droite, celles du Saint-Rosaire (finalement prise par la confrérie de ce nom) et de Notre-Dame de Grâces, à gauche, celles de Saint-Joseph et de Saint-Vincent (anciennement dédiée à Notre-Dame de Pitié). En 1737, le couvrement de la nef et l'édification du clocher marquent l'achèvement de l'édifice. La même année, la tour de fortification près du choeur est cédée à la confrérie du Saint-Sacrement. La façade est réparée dès 1739, et un arc d'étrésillonnement est jeté entre l'église et le prieuré. Il ne fait nul doute que le porche peu profond à arc brisé, et les deux baies inférieures du clocher qui le surmonte, réutilisent des pierres de l'église primitive et de l'hôpital (peut-être aussi celles des ruines de Saint-Mayeul). Sur le retour gauche, une pierre en remploi, placée à l'envers, porte l'inscription en latin : "l'année du seigneur 1441 et le 7e jour du mois de mai fut commencée la présente église". Cette date correspond bien au style gothique de la chapelle Saint-Vincent. Enfin, sur l'élévation gauche sont remployés des corbeaux figurés d'époque romane, attestant l'ancienneté des deux églises. Des modifications sont effectuées au milieu du XIXe siècle : canal creusé au nord pour assainir la chapelle Saint-Joseph (1842), suppression de l'angle sud de la façade lors de la démolition de la porte de ville en 1869, adjonction au sud d'un petit corps en appentis en 1877, par Ferdinand Guille, maçon, qui construit en 1879 le perron ovale devant le porche. Au XXe siècle, les travaux d'entretien se poursuivent. La façade a été restaurée en 2000.