Le prieuré (monastère) Notre-Dame-de-la Perthes était implanté sur le territoire de la commune. Le prieuré appartenait à l’ordre de Saint Benoit et était implanté au lieu-dit de la Perthe, à l’endroit où il ne reste aujourd’hui qu’une chapelle.  Le prieuré était situé sur le territoire de la commune, à environ trois kilomètres au nord-est du village, dans un petit vallon aride sur des coteaux, comportant des genévriers et des sapins. L’étymologie du nom du lieu-dit pourrait provenir du mot latin Perth, signifiant buisson et petit bois, et issu d’une mutation des langues celtiques.

En 1113, le lieu du prieuré se voit doter d’une fonction religieuse : une bulle de Callixte assura à l’abbé Odon d’Auchy et à ses successeurs la possession du prieuré. Le prieuré est alors rattaché au diocèse de Troyes, en Champagne.

En 1118, Guy 1ᵉʳ, seigneur de Dampierre, de Saint-Dizier, de Moëslains et de Saint-Just, donna, le jour de noël, l’actuelle lieu-dit de Perthes à l’évêché de Troyes pour y bâtir une église. Le prieuré apparaît comme étant dédié à Notre-Dame, et appartenait au doyenné d’Arcis-sur-Aube, issu de l’ordre de Saint-Benoit.

La propriété du prieuré dépendait de l’abbaye d’Auchy-les-moines en Picardie. Le pape Adrien IV confirma à l’abbaye d’Auchy-les-moines la possession de l’église de Mailly.

En 1202, le village de Mailly, anciennement appelé Romaincourt, dépend du prieuré de Perthes pour la fonction religieuse.

En 1236, Guy de Joinville cède aux religieux d’Auchy son domaine aux alentours du prieuré de Pethes.

En 1344, sur un document, il est fait mention d’un prieuré se dénommant Perthe-les-Mailly avec un curé, du nom Fremiz de Marcheville, pour le village de Romaincourt.

En 1407, ce prieuré dépendait toujours de l’Abbaye d’Anchy-les-Moines, il était dénommé Perta en 1407, Parta en 1457, Prioratas Beatoe Marioe de Perta au XVIIe siècle, et Perta au XVIIIe siècle. L’évêque de Troyes avait un droit de visite et de procuration sur le prieuré.

Collection de mairie de Mailly-le-Camp

Un parchemin en latin daté du 24 juillet 1454, réalisé par l’Abbé de Montcatz, constate qu’à cette époque, un pèlerinage avait lien tous les ans à la chapelle du Prieuré lors du jour de l’Annonciation et que Waleran de Châtillon, seigneur de Dampierre avait établi une confrérie dont tous les membres devaient venir à un pèlerinage et verser ou envoyer une somme de quatre deniers parisis. Les confrères devaient payer huit deniers au moment de leur admission. Ce parchemin constate en outre que tous ceux qui donnaient de l’argent pour l’entretien d’une église prenaient part aux prières.  Une certaine indulgence sur les cotisations était accordée à cette église par le Cardinal d’Estouteville, légat du Pape en France. Enfin, cette pièce se termine par une invitation aux évêques de Troyes et de Celons de faire savoir toutes choses aux fidèles de leur diocèse.

En 1789, il n’existait plus qu’une chapelle possédée par monsieur Gargon, chanoine de Saint-Etienne de Chalons, et la fortune de ce prieuré consistait en un tiers de dimes de Mailly et du fief de Grignon, et dans la propriété de 500 arpents de terre labourable, loués à divers 100 livres, 253 boisseaux de seigle et 263 boisseaux d’avoine.  Les moines possédaient la contrée dite aujourd’hui la Noue-les-moines, et ils avaient un droit de passage sur une autre contrée appelée l’Usance. Ce territoire représente aujourd’hui le territoire du Nord de la commune de Mailly-le-Camp et une partie de la commune de Poivres,  la limite au sud étant la riviére de la l’Huitrelles.

À la Révolution, tous les biens et bâtiments du prieuré étaient aliénés et vendus comme biens nationaux. Le culte public était suspendu à Mailly pendant les jours de la Terreur et l’église fermée par ordre de l’autorité supérieure. Cependant, le curé, secondé par la foi et la bienveillance des habitants, a pu rester dans sa paroisse et continuer durant ces jours à administrer les sacrements et célébrer les messes dans un local disposé à cet effet. Sur la chapelle d’aujourd’hui, il est inscrit la date de 1791, cette date correspond surement à la fin de la vie du prieuré.

Vers 1860, les héritiers Lorin, possédant la propriété sur laquelle est bâtie la chapelle, étaient chargés de l’entretien du monument.

Il ne s’est passé aucun fait qui mérite une mention particulière postérieurement à 1812 jusqu’à 1914.

En 1914, des habitants de Mailly, réfugiés dans la chapelle pendant la Première Guerre mondiale, avaient fait vœu d’offrir un ex-voto à Notre-Dame de Perthes si les Allemands n’envahissaient pas Mailly. Leur vœu a finalement été exaucé. Ce passage est resté à travers une plaque commémoratif, redécouverte autour de la chapelle dans les années 2000. La plaque cassée en plusieurs morceaux à fait l’objet d’une restauration en 2019.

La chapelle devient propriété de la commune lors du remembrement de 1991, un titre de propriété se trouve aux archives du Pas-de-Calais.

De nos jours, le pèlerinage à Notre-Dame-de la Perthe se célèbre le 8 septembre, jour de la Nativité de la Sainte Vierge. Après la grande messe, on y vénère une antique statue de bois du XVIe siècle qui se trouve aujourd’hui à l’église Saint-Martin représentant la Vierge Marie.

En 2021, la chapelle fut entièrement restaurée.