In questa chiesa, la cui fondazione risale con San Gregorio Magno alla fine del VI secolo, originariamente era custodita un immagine miracolosa della Madonna con un Bambino e due angeli, detta Madonna della Vallicella. Nel XIV secolo l’affresco era collocato all’esterno di un bagno pubblico e dopo essere stata colpita da un sasso iniziò a sanguinare divenendo così oggetto di culto. Nel 1535 invece, quando la chiesa di epoca medievale era in demolizione, la Madonna compì il secondo miracolo impedendo che i fedeli che assistevano alla Messa venissero schiacciati da una parte del tetto.
Solo in seguito, nel 1574, l’immagine miracolosa verrà staccata e poi collocata sull’altare maggiore della Chiesa Nuova.
Nel 1575 di papa Gregorio XIII affida la chiesa alla Congregazione dell'Oratorio, fondata da san Filippo Neri.
Nel 1873 l’edificio fu espropriato e incamerato dal demanio del Regno d’Italia, e poi in seguito dalla Repubblica. Solo dal 1 giugno 1905, la chiesa tornerà ad essere sede parrocchiale affidata alla gestione della Confederazione dell’Oratorio di San Filippo Neri, grazie a papa Pio X e la costituzione apostolica Almae Urbis nostrae.