L’edificio è stato costruito probabilmente nel XVII secolo a ridosso di una parete rocciosa e inglobando i resti dell’antica chiesa di San Cassiano eretta tra il VI ed VII secolo. Si trovava in corrispondenza di un covolo, o grande grotta, con funzione di abside e chiuso da murature. Legate al luogo di culto e messe in luce nel corso dei secoli sono le tredici sepolture scolpite nella roccia, di cui dieci ancora visibili. L’attuale chiesa, a cui si accede dalla scalinata posta sul lato nord dell’edificio, corrisponde ad una cappella più antica, quella del Santo Sepolcro, un tempo distinta dalla chiesa di San Cassiano. Il complesso religioso divenne proprietà privata della famiglia padovana dei Dottori dal XVII secolo fino alla fine del XVIII, allorquando passò a Nicolò Leoni che nel 1825 lo cedette alla famiglia Da Schio cui appartiene tutt’ora.