L’església de la PeneIla és esmentada en la dotació dels vescomtes Guerau Ponç de Cabrera i Elvira a l’abadia d’Àger de l’any 1103. Després, depengué directament de l’església parroquial de Valldellou, ja que no surt consignada explícitament als llistats d’esglésies pertanyents a l’abadia de Sant Pere d’Àger.
L’església de Santa Anna es va veure afectada per la construcció de l’embassament del mateix nom. A la riba dreta, a llevant de Valldellou, es pot veure un munt de pedres que recorden la seva planta, la d’una petita capella romànica. A uns 50 m d’aquests vestigis, damunt la penya, s’han conservat també vestigis del campanar.