Propera a l’antic castell de Port, erigit, segons es diu tradicionalment, en un puig de migdia de la muntanya de Montjuïc, es bastí la capella de Santa Maria de Port, de la qual consta l’existència a la tercera dècada del segle XI. Segons un document datat l’any 1031, Ermengarda, filla del comte Borrell II de Barcelona, féu un llegat de blat per a la dedicació de la dita capella. Aquesta primera referència escrita ha fet pensar a alguns autors que fou la mateixa Ermengarda, esposa del vescomte Geribert de Barcelona, qui fundà l’esmentada església de la fortalesa de Port, propietat dels vescomtes de Barcelona al segle XI.
Posteriorment, la capella de la Mare de Déu de Port, a l’igual que el castell, passà a ésser propietat privada de diverses famílíes barcelonines, entre elles els Marcús, durant el segle XII. L’església gaudí de prosperitat mentre els successius propietaris feren vida al castell, però després decaigué; tant és així que l’any 1458 consta que “la capellam sub invocatione Beate marie vulgo nuncupatam la Verge Maria de castell de Port” estava arruïnada i fou restaurada vers l’any 1498, gràcies a l’impuls del mercader Bernat Diumer, el qual, dos anys abans, dotà l’església amb una nova imatge de la Mare de Déu i moltes indulgències i beneficis.
L’església de la Mare de Déu de Port mai no sobrepassà la categoria de capella particular; era situada dins el terme parroquial de Santa Maria de Sants, i tenia prop seu algunes cases de pescadors del barri dit la Fraga. A mitjan segle XIX els mariners anaven a celebrar-hi llur festa el segon diumenge de setembre.
L’edifici fou enderrocat durant la guerra de Successió i es reféu de nou l’any 1716, tal com es llegia a la llinda de la porta d’accés. Al llarg del segle XIX patí èpoques d’abandó, i durant alguns anys prestà serveis de sufragània de les parròquies d’Hostafrancs i de Sants. Posteriorment, des del 1911, l’església fou traslladada a la plaça del cardenal Casañas. Actualment, el nou temple, construït a partir del 1939, es troba dins la barriada de Can Tunis, al carrer que duu el seu nom.