L'architecture toute en rondeur de la chapelle est surprenante pour ceux qui voyaient en Le Corbusier un architecte ne jurant que par l'angle droit. En plan, tous les murs sont courbes. Les clochers le sont également. Ces formes sont issues de la Nature. Le Corbusier s'est inspiré du dessin d'une carapace de crabe pour concevoir le toit.
Ces formes organiques peuvent être liées au contexte architectural des années 1950. Après des années d'Entre-deux-guerres où la droite l'emportait dans la plupart des projets modernes, les années 1950-1960 voient le développement des courbes et contre-courbes. Frank Lloyd Wright avec le musée Guggenheim de New York avait ouvert la voie que suivront Eero Saarinen ou Jorn Utzon. Le Corbusier, qui utilisait déjà des formes organiques dans ses villas des années 1920, a développé cette esthétique à partir de la Cité radieuse de Marseille (conçue en 1947).
La chapelle est pleine de contradictions architecturales, à la fois carrée et ronde, élancée et trapue, basse et haute. Selon Christophe Cousin, le directeur du Musée d'art et d'histoire de Belfort : « Elle a un plan très simple mais quand on est sur place, ce n'est pas du tout évident ». Vaste et ouverte sur l'extérieur, elle devient, le seuil franchi, un tout petit lieu de recueillement. Avec le blanc éclatant de ses murs, elle semble illustrer le grand principe de son architecte, pour lequel « l'émotion architecturale, c'est le jeu savant, correct et magnifique des volumes assemblés sous la lumière. »
Le travail de la lumière est plus sensible encore dans la chapelle. Son intrusion contredit l'épaisseur des murs et la massivité du couvrement. Le mur sud est percé d'une série de pyramides tronquées qui apportent avec une grande subtilité la lumière colorée par les vitraux. Le mur Est est aussi parsemé de jours carrés et d'une niche vitrée renfermant une statue de la Vierge. Par ailleurs, un espace interstitiel entre les murs et la voute de béton permet à la lumière de passer ce qui allège visuellement la masse du couvrement. Enfin, les chapelles bénéficient d'une lumière zénithale indirecte.
Commencée en 1950 elle fut terminée en 1955. La chapelle a été bénie le 25 juin 1955 par l’archevêque de Besançon, puis consacrée par son successeur en 2005.