1683 wurde die Waldkapelle am Standort einer Buche erbaut, in deren Stamm beim Spalten des Holzes am 20.01.1681 die Buchstaben IHS entdeckt wurden, die Anfangsbuchstaben des Namens Jesu in altgriechischer Sprache. Das in Silber gefasste Buchenscheit mit den Initialen IHS kam erst 1781, nach hundert Jahren, in die Waldkapelle zurück. 1984 wurde das Holzscheit gestohlen; es ist 1986 nach Fotos rekonstruiert worden.
Im 17. und 18. Jhd. entstand an der Waldkapelle eine vielbesuchte Wallfahrtsstätte mit Klosteranlage (1686) und größerer Kirche (1728) sowie neuneinhalb Morgen Grundbesitz. Nach der Besetzung des Rheinlandes durch die Franzosen im Oktober 1794 wurde das Kloster im Rahmen der Säkularisation 1802 aufgelöst. 1804 verkaufte die französische Domänenverwaltung die Klosteranlage, die zeitweise als Gaststätte genutzt wurde. Später wurden Teile auf Abbruch versteigert, so auch die Kirche; nur die Waldkapelle blieb erhalten. 1843 erwarb die Stadt Rheinbach den Grundbesitz mit der Waldkapelle und ließ sie 1846 restaurieren und den freien Platz um die Waldkapelle anlegen. Die Landstraße nach Todenfeld durchschneidet den alten Klosterbezirk.
1904 erwarb die Kath. Kirchengemeinde St. Martin Rheinbach das Anwesen von der Stadt durch Tauschvertrag und ließ die Waldkapelle restaurieren. 1935 wurde das Innere der Waldkapelle der "Neuen Sachlichkeit" angepasst: Bilder, Statuen und Goldsternchen am Gewölbe wurden entfernt, zwei Rundfenster gebrochen und eine Flachdecke eingezogen. 1980 wurden bei der Trockenlegung der Waldkapelle durch viele freiwillige Helfer die Grundmauern der Klosteranlage ausgegraben, erfasst und teilweise über der Erde sichtbar aufgemauert.
Seit Mai 2009 ist an der Waldkapelle eine Glocke angebracht. Diese Glocke ist ein Geschenk der Schwestern „Unserer lieben Frau“ an die Pfarrgemeinde St. Martin. Dreimal täglich läutet die Glocke den „Engel des Herrn“ – um 7 Uhr, 12 Uhr und 18 Uhr.