Paul Banéat, dans son ouvrage de 1929, Le département d'Ille-et-Vilaine, Histoire, Archéologie, Monuments, mentionne l’existence d’un prieuré au nord de l’église qui possédait une chapelle et exerçait un droit de haute justice dans le bourg.
En 1884, l’abbé GUILLOTIN DE CORSON, mentionne également le prieuré dans son ouvrage Pouillé historique de l'archevêché de Rennes. Au 11e siècle, l’église de Tremblay était possédée par des laïques, trois seigneurs : Hervé, Alfred et Raoul. Hervé céda l’église de Tremblay aux religieux de Saint-Florent de Saumur. En 1058, ces moines devaient reconstruire une église et y établir deux d’entre eux pour y faire une résidence continuelle.
A la fin du 11e siècle, les religieux de Saint-Florent s’établirent de manière permanente à Tremblay et y fondèrent un prieuré conventuel qui devint un des membres les plus importants de l’abbaye dans le diocèse de Rennes. Au 12e siècle, l’église et trois chapelles dépendaient à Tremblay de l’abbaye de Saint-Florent.
Dès le 15e siècle, le prieuré de Tremblay était en commende et vers 1500, il appartenait à Pierre Bourgneuf, trésorier et chanoine de Rennes. A cette époque, la maison conventuelle était en ruines et il n’y avait plus de religieux. L’abbé de Saint-Florent demanda à Pierre Bourgneuf de relever le monastère mais celui-ci refusa et fut par conséquent excommunié l’année suivante. Le monastère ne semble pas avoir été reconstruit par la suite.
En 1679, le prieuré de Tremblay était la possession d’un étudiant de l’Université de Paris et consistait en : « la maison priorale, jardins devant et derrière, granges, étable, fournil avec cour close, deux pièces de terre avec un colombier, l’église paroissiale et son cimetière, le tout fermé de murailles, contenant 5 journaux, y compris une place vague derrière l’une des granges… ».
En 1764, le prieuré de Tremblay fut affermé pour un peu plus de 3000 livres.
Aujourd’hui, il semble que le seul vestige de cet ancien prieuré consiste dans le bâtiment qui se trouve au nord de l’église, qui ne présente aucune particularité remarquable, exception faite de réemplois d’une exceptionnelle cheminée en granite.
