De la documentació antiga es desprèn que al nucli de Vilobí del Penedès hi havia una capella que devia formar part de la fortalesa. Més tard, aquesta església passà sota l’advocació de la Mare de Déu del Àngels. La trobem per primer cop esmentada al segle XIII, concretament en un document del 1290 en el qual hi ha un llegat de tres quarteres i mitja de forment, censal fet per Bernat de Castellbisbal a la capella de Santa Maria de Vilabino. Al 1328 consta que hi havia fundat un benefici que posseïa Berenguer Vendrell, prevere. Aquesta capella estava subjecta a l’església parroquial de Santa Maria de Vallformosa.
A la visita pastoral de l’any 1421 i en una notícia del 1731 es confirma que a la parròquia de Santa Maria de Vallformosa es trobava la capella de Santa Maria de Vilobí i que en aquesta hi havia un benefici unit a la rectoria de Vallformosa.