La capella de Sant Fruitós ja existia a mitjan segle XI, fet esmentat en un document de l’any 1048 pel qual el levita Bonfill, abans de peregrinar al Sant Sepulcre de Jerusalem, féu testament; aquest testament, després de la seva mort el 1051, fou jurat sobre l’altar de Sant Pancraç de l’església de Santa Maria del Pi; en l’acta testamentària consta que Bonfill tenia un alou a Montjuïc, vora Sant Fructuós, i ordenà que fos venut. Aquesta església, que figura esmentada en les afrontacions territorials d’alguns documents de l’onzena centúria com a sanctum Fructuosum, al lloc de monte ivdaicho, pertangué a Ramon Guitart i a d’altres, en virtut d’una permuta; aquests lliuraven a la canonja de Barcelona dues parts dels beneficis de les propietats annexes a la capella. Posteriorment, l’any 1154, un tal Eimeric de Perúsia donà l’església de Sant Fructuós al monestir barceloní de Sant Pau del Camp, junt amb tots els seus béns i alous i, a partir d’aquell moment, aquest cenobi tingué la facultat de designar un servidor per atendre la capella.
Sembla que al llarg del segle XVI l’advocació de sant Fruitós fou canviada per la de santa Madrona, tot i que a la muntanya de Montjuïc ja hi havia una capella ermitana dedicada a aquesta santa des del 1403. Tanmateix, alguns autors indiquen que el canvi d’advocació esmentat es produí al segle XV, centúria dins la qual desaparegué definitivament aquesta capella.