Aquesta església era situada dins de l’antic terme del castell de Piera. Inicialment fou sufragània de la parròquia de Piera i passà posteriorment a dependre de la de Cabrera, fins que en temps moderns adquirí la titularitat parroquial.
Les primeres notícies del castell de Piera corresponen a l’any 955, en què Duran i Vènia donaren al monestir de Santa Cecília de Montserrat unes vinyes situades al terme de la Guàrdia, on anomenen Piera (Apiaria).
El lloc i l’església es troben esmentats per primera vegada l’any 1184, data de la consagració de l’església de Santa Maria de Piera, ja que es feu constar la dependència de l’església de Sant Bartomeu de Vallbona de la parroquial de Piera.
La dependència de la parròquia de Piera perdurà fins al segle XIV, que passà a dependre de la parroquial de Cabrera, però encara que no es produí cap canvi jurídic, a partir de l’any 1508 el rector de Cabrera passà a viure a la sufragània de Vallbona, i l’església de Cabrera es convertí en sufragània de Vallbona. Aquesta situació de fet no fou legalitzada fins a l’any 1868, arran d’un arranjament parroquial del bisbat.
L’església antiga es trobava dalt d’una carena dominant la vall, aquest temple sofrí diverses modificacions, l’any 1580 es construí un campanar a sobre la façana, i l’any 1745 s’amplià amb dues naus laterals. El temple antic fou destruït l’any 1936. Després es construí una església nova entre els anys 1948 i 1952 al centre del poble, que és la que actualment serveix per al culte del poble de Vallbona.