La chapelle, du XVIe siècle, est inscrite au titre des monuments historiques par arrêté du 13 février 1928.
Edifice à plan allongé. L'intérieur présente une nef à deux travées suivie par un choeur à travée unique se terminant par un chevet plat. Un clocheton couronné d'une flèche carrée en ardoise est campé sur le faîtage de la première travée de la nef. Les murs sont en moellon et les contreforts et les baies en pierre de taille.
L'église de Buxereuilles était l'église d'un prieuré bénédictins fondé vers 1080 et donné à l'abbaye de Molesmes avec la chapelle du château de Chaumont (alors succursale de Buxereuilles). La donation fut approuvée par l'évêque de Langres en 1101. Cette église priorale dépendait de la paroisse de Reclancourt qui était l'église mère de Chaumont car la paroisse de Chaumont ne se forma qu'à la fin du 12e siècle avec l'édification de l'église Saint-Jean-Baptiste. Elle fut donnée en 1475 au chapitre de Chaumont mais le bénéfice continua d'exister comme prieuré simple jusqu'en 1621 où il fut supprimé par une bulle de Grégoire XV. Le 21 janvier 1774, les habitants de Buxereuilles présentèrent un mémoire au subdélégué de l'Intendance de Champagne pour la réparation de l'église aux frais des chanoines de Chaumont. D'après un procès verbal de visite du 3 janvier 1775 par Pierre Charles Jean Le Changeur, architecte expert nommé par l'Intendant de Champagne, l'église comprenait cinq travées, était entièrement voûtée, couverte en laves mais menaçait ruine. Une contestation éclata alors entre les habitants qui affirmaient que c'était l'église d'un prieuré et qu'elle était passée entre les mains des chanoines de Saint-Jean-Baptiste qui l'ont laissée dépérir (au point qu'elle fut interdite en 1776). Les habitants demandèrent à l'intendant que les chanoines, en tant que seigneurs du lieu ou prieur, fassent des réparations. Mais les chanoines réfutèrent ces arguments et avancèrent qu'elle n'était ni paroissiale ni succursale mais chapelle et donc du ressort des habitants. Le 11 avril, le subdélégué fit savoir qu'un accord avait été trouvé entre les habitants, qui versèrent 300 livres, et le chapitre qui s'engagea à verser 700 livres et, le 30 avril, on travaillait déjà à l'édifice. A cause des gros travaux à effectuer, Lechangeur préconisait de tout reconstruire à neuf mais vu les fonds disponibles il y eut simplement une amputation des deux travées occidentales et réfection des contreforts. Les travées subsistantes semblent dater du 16e siècle et celles supprimées à l'ouest étaient plus récentes (la seconde comportait au sud une chapelle dite des Trois Rois).