У другој половини XIX века, захваљујући кнезу Михаилу Обреновићу, министру просвете Кости Цукићу, као и Љубомиру Ненадовићу, донет је Закон 1863. године о оснивању прве Више женске школе у Београду. Школа је започела свој рад 1. септембра исте године у приватној кући Васе Илића на Зеленом венцу, под управом Катарине Миловук. Касније, у октобру 1865. године школа се сели у новоподигнуту приземну зграду на државном плацу (данашња улица Краљице Наталије), названу „Велики ходник“. За првог вероучитеља постављен је архимандрит Теодосије Мраовић (1863-1865), потоњи Београдски митрополит. Један од проблема с којим се школа сусретала јесте богослужбено место у којем би ученице учествовале на редовним богослужењима. Саборни храм, као и палилулска црква Светог Марка били су удаљени од школе, док је Вазнесенска црква била одређена за војску.
Залагањем краљице Наталије Обреновић, управа школе одлучила је да се у школском дворишту подигне школска капела. Митрополит београдски Михаило Јовановић и управа цркве Светог Марка помогли су изградњу капеле са 3600 динара, док је краљица Наталија даривала 1200 динара. Камен темељац положио је будући краљ Александар Обреновић, који је тада био дечак, у присуству краљице Наталије, митрополита Михаила и великог броја београђана. Капела је посвећена Светој мученици Наталији (26.август/8. септембра), а прва Литургија служена је 15. октобра 1880. године.
Унутрашње уређење школске капеле и богослужбене предмете, даривала је краљица Наталија. Иконе на иконостасу рад су Полексије Ст. Тодоровић, док је фреске израдио сликар и литограф Павле Чортановић. Министарство просвете усвојило је молбу да се у школи за наставнике верске наставе – вероучитеље увек постављају свештеници, који ће и богослужити у школској капели. Поред богослужења, капела је служила ученицама за вежбаоницу у црквеном појању за певницом и читање апостола. Такође, у школи је постојао хор који је учествовао на богослужењима. Ученице су свакога дана ишле на јутрење и вечерње, док су ученице 3 и 4 разреда певале сваког дана за певницом у Саборном храму, а недељом и празником у школској капели.
Међу знаменитим вероучитељима који су богослужили у школској капели Свете мученице Наталије, треба споменути проту Јакова Павловића, потоњег Београдског митрополита Инокентија, проту Николу Божића, проту Живојина Јовичића, потоњег архимандрита Кирила и проту Добросава Ковачевића, потоњег ректора Призренске богословије.
За време Првог светског рата у непријатељском гранатирању 1914. године, погођена је капела у дворишту школе, након чега су аустријски војници на коњима ушли у њу. Капела је порушена до темеља и направљена је тераса, а на месту где се налазио олтар постављена је биста цара Фрање Јосифа, која је након завршетка рата уклоњена. Школску зграду за време рата користили су аустријанци и у њој су сместили Гувернантску школу.
Двадесетих година прошлог века донета је одлука да се на месту некадашње Више женске школе подигне монументална зграда за потребе Друге женске гимназије. Пројекат је израдила архитекта Милица (Чолак-Анатић) Крстић, која је 1906. године завршила Вишу женску школу у Београду. Из љубави и поштовању према капели Свете мученице Наталије, у којој је редовно учествовала на богослужењима, Милица је у склопу школске зграде пројектовала и нову капелу. Изградња зграде под управом предузимача Видана Бошковића започета је у априлу 1932. године.
У четвртак, 19. маја 1932. године, Патријарх српски Варнава Росић уз саслужење протојереја Петра Милојевића, Гиге Константиновића и архиђакона Лонгина Томића, осветио је темеље школске капеле и зграде Друге женске гимназије. На јектенијама је одговарао хор женске гимназије под управом Софије Предић-Андријашевић. Након освећења су патријарх Варнава и Риста Карликовић, директор гимназије, у темеље положили повељу.
Радови на изградњи и уређењу зграде завршени су у јесен 1933. године и тада је започета настава за ученице Друге женске гимназије у новим просторијама, најмодерније и најрепрезентативније школе у тадашњој Краљевини Југославији. Такође, у згради су смештене и ученице Треће женске гимназије. О школској капели хроничар је забележио: „Нова школска црква је пространа. Почива на великим стубовима. Има своје галерије. Прозори модерни и светли. Иконостас сав у уметничкој резбарији, да би се и многа наша катедрална црква могла њиме подичити. Иконопис је радио г. Васа Приморац, а велику фреску изнад иконостаса, г. Мило Милутиновић.“
У недељу, 15. децембра 1935. године, патријарх Варнава осветио је школску капелу посвећену Светој мученици Наталији, након чега је служио Литургију уз саслужење београдских свештеника и ђакона. На јектенијама су одговарали хор Богословског факултета и хор ученица Друге женске гимназије. Освећењу и Литургији у капели присуствовала је краљица Марија Карађорђевић, као и председник Народне скупштине Стеван Ћирић, Министар двора Антић, Министар просвете Добривоје Стошић, ректор универзитета Вл. Ћоровић, председник Београдске општине Влада Илић, председник сената Томашевић, угледни професори и изасланици министарстава, општина и организација. Након патријархове беседе проглашено је да ће ова гимназија носити назив: Друга женска гимназија „Краљица Марија“. У школској капели богослужили су вероучитељи гимназије, као што је била пракса од 1880. године.
На почетку Другог светског рата немачка војска је одузела школску зграду и у њу сместила своју касарну. Ослобођењем Београда нове власти су у њу уселиле Центар за обуку везиста Југословенске народне армије. Од 1956. године до данас у згради Друге женске гимназије смештена је Електротехничка школа „Никола Тесла“.
Школска капела Свете мученице Наталије затворена је још у току Другог светског рата, а након завршетка рата нове власти нису дозволиле богослужења у њој. Из капеле је 1946 године уклоњен велелепни иконостас и црквени мобилијар, док је фреска у олтару прекречена. Иконостас је смештен у цркву Светог Марка на Ташмајдану и у њој се налазио до деведестих година прошлог века. Нажалост, данас простор школске капеле служи за фискултурну салу.