El lloc de Vilafortuny és consignat per primera vegada el 1152 en la donació del lloc de Cambrils que atorgà el comte Ramon Berenguer IV a Ponç de Regomir. Entre les afrontacions del terme de Cambrils s’esmenta a llevant l’honor de Guillem Fortuny. L’església de Vilafortuny és documentada des del 1194, en què és una de les esglésies de l’arxidiòcesi que apareix en la butlla que el papa Celestí III adreçà a l’església de Tarragona. En aquest document es puntualitza que l’església parroquial de Vilafortuny era de la preceptoria o pròpia del preceptor de la catedral. Els anys 1279 i 1280 el rector de Villa Fortuyn pagà 42 sous en concepte de dècima papal. Al final del segle XV era de col·lació de l’arquebisbe de Tarragona.
El papa Gregori XIII, per tal d’augmentar les rendes del seminari tridentí i davant el perill constant d’invasió barbaresca de la costa, uní l’any 1575 les esglésies de Vilafortuny i Barenys al seminari de Tarragona. El mateix any 1575 l’arquebisbe Gaspar Cervantes de Gaeta autoritzà els veïns de Vilafortuny i Barenys a construir una església comuna per a poder-hi celebrar l’eucaristia els dies de festa vora el mas de l’Oliver (ara mas d’en Bosch), en un indret més allunyat de la costa. La nova construcció es bastí amb els enderrocs de les dues esglésies existents.
El 1579 l’església de Vilafortuny perdé la parroquialitat i restà reduïda a sufragània. Fou erigida en vicaria perpètua el 1849 i el vicari fixà la seva residència en el mas de l’Oliver (mas d’en Bosch).
Al Museu Diocesà de Tarragona es conserva, procedent de l’antiga església de Vilafortuny, una imatge de la Mare de Déu amb l’Infant, de fusta policromada, del segle XIV.