Va ser el bisbe de la diòcesi Justí Antolínez qui, en la visita pastoral efectuada el 22 de maig de 1633 va manifestar la necessitat de que tan gran església necessitava una capella per al Santíssim, sent llavors el rector Fra Joan Galceran, de l’Ordre de Montesa. Feia fins llavors funcions de capella l’altar dedicat a Sant Pere, junt a la sagristia. Les obres les va dur a terme el mestre d’obres afincat a Vila-real, Joan Ibañes, per 1.450 lliures de moneda valenciana. Van començar el 13 de novembre de 1657 i van acabar 10 anys desprès, el 15 d’octubre de 1667. Es va emplaçar en el lloc que ocupava l’antiga escola de la vila, en casa de la viuda de Francésc Ledesma, junt a la portalada plateresca. Per donar accés a la capella per l’església es va obrir un dels altars laterals que estava dedicat a Santa Bàrbera. Les rajoles i teules procedien de Cervera i les teules barnisades de València. La pedra treballada de la façana va ser llaurada per Andreu Chambó (o Chimbó). Del daurat interior es va ocupar Francesc Meser, pintor de Castelló. Com en un principi la capella sols comprenia el creuer anterior, l’altar principal es trobava mirant a l’església i era obra dels escultors vinarossencs Joan i Jaume Morales. Va ser daurat per Eugeni Guilló, autor al mateix temps de dos quadres que representaven a la Verge de la Misericòrdia i sant Sebastià. La benedicció de l’altar va tenir lloc el 21 de gener de 1695. A un costat i altre de l’altar van ser colocades les imatges de Sant Roc i Sant Vicent Ferrer, declarats patrons menors de la Vila. Segle i mig mes tard, el Vicari perpetu mossèn Josep Soriano, natural de Vila-real, va tenir la ideia d’ampliar-la i així es va afegir la part posterior quedant ja com està en l’actualitat. Va tornar a ser daurada per Vicent Viatella i Isidor d’Arce, rematant-ho per no quedar satisfet el Clergat el daurador Ramon Campos. La capella va quedar definitivament acabada en 1803. En l’altar principal es va colocar una imatge tallada per l’escultor valencià Josep Esteve Bonet, deixeble dels famosos Vergara. Representava a la Dolorosa amb son Fill mort als seus braços. Aquesta i tot el mobiliari interior de la capella van ser destruits en la passada guerra civil del 1936. Finalitzada aquesta, el llavors rector Arxiprest, després en el temps Cardenal Enrique i Tarancón, va posar el seu empeny en millorar la capella, encarregant les obres de restauració al mestre d’obres local Joaquim Garcés i a l’escultor marbrista Serrano, qui va reproduir en guix la famosa façana-retaule de la portalada d’estil barroc, repetida també a l’ermita. En el nítxol es va colocar una reproducció molt aproximada de la Dolorosa destruida, obra de l’escultor de Sant Jordi, Joan Baptista Folia Prades. El sagrari desaparegut es va substituir per un altre encarregat a la casa de D. Vicente March, de València que va ser beneït solemnement el 16 de març de 1941 per mossèn Vicent Enrique i Tarancón. En anys successius les diverses generacions d’Esclaves de la Mare de Déu van embellir la capella sufragant la magnífica làmpara (1943), comulgatori, altar, sòcol d’imitació, vitralls de colors. etc. A finals de 1991, el rector Enric Porcar i Forés, opinem que mal aconsellat, va promoure la renovació quasi total de dita capella. Els diners feien molta més falta a l’ermita dels sants patrons que es trobava en un estat lamentable i que si l’hagués restaurada, el poble li hagués fet un monument ja que era llavors una de les coses que més reclamava la població. Mossèn Enric es va embarcar en una empresa de uns vint-i-cinc milions i la gent no responia en part per la poca necessitat que li pareixia l’obra i en part per la crisi econòmica. Diverses notes informatives intentaven animar els fidels a contribuir a sufragar les despeses de l’obra de restauració que va durar quatre anys. Una reixa de ferro tallava el pas des de l’església, feta de tub senzill a Ulldecona i dissenyada per l’arquitecte de les obres, Ernesto Orensanz. El projecte es va haver de rectificar per ordre dels tècnics de la Generalitat Valenciana que van manar fer l’altar imitant el retaule anterior a la guerra civil. La restauració de la làmpara va costar més d’un milió de pessetes.
Per fi les noves obres de la capella es van inaugurar solemnement el 18 de març de 1993, beneïnt-la el bisbe de la diòcesi Martínez Sistach i assistint, ara si, tot l’Ajuntament en ple, inclosos l’alcalde i els regidors socialistes que no tenien costum de fer acte de presència a cap acte religiòs oficialment. Durant els treballs d’aquesta restauració, de baix d’un confessionari, va aparèixer una làpida de grans dimensions (2,5 metres de llarg per 1,5 d’ampla) de pedra negra esculpida en lletres gòtiques i preciosíssima. Feia referència a un nou empedrament del sòl de la capella que es va finalitzar el dia 29 de febrer de 1853. La data me l’havia apuntat en un tros de paper. El propi mossèn Enric me la va mostrar i vaig quedar bocabadat, de tant bonica que era. Volia jo passar a fotografiar-la i quan finalment un dia em vaig decidir i vaig passar amb la màquina de fotos em va dir que l’havien tirat a les escombraries i no li ho vaig creure. Jo vaig anar a vore si la trobava per on me va indicar i no la vaig veure. Tal vegada estigue en algun xalet… desgraciadament.