Un dels primers esments documentals del lloc de Torroja data de l’any 1261, quan el prior del cenobi cartoixà d’Escaladei atorgà una carta d’establiment d’una granja a Torroja a una trentena de pobladors, als quals uns anys més tard, se n’afegiren uns altres vint, mitjançant un nou document d’establiment. D’altra banda, l’indret de Torroja és mencionat en la carta de poblament de Poboleda datada el 27 de març de 1270, i atorgada per Bernat de Déu, prior d’Escaladei; entre les afrontacions territorials del lloc de Poboleda, donat pel mencionat prior per tal d’habitar-lo i conrear-lo, hi figura el terminis de Torrogia.
Tot i que l’indret, com s’ha exposat, és documentat des de mitjan segle XIII, la seva església, dedicada a sant Miquel arcàngel, no consta escripturada fins el 4 de maig de 1319, que l’arquebisbe Ximeno Martines de Luna va separar de la parròquia de la Morera de Montsant les esglésies de Torroja, Gratallops i la Vilella Alta, amb l’obligació que el rector visqués a Torroja. Des d’aleshores, el rector de Torroja pagava 100 lliures de cens al prior d’Escaladei en concepte de primícies per la separació de la seva església de la de la Morera de Montsant.
L’església de Torroja, a la darreria del segle XV, era de col·lació del prior de la cartoixa d’Escaladei, i tingué com a esglésies sufragàníes la de Gratallops i la de la Vilella Alta.
El temple, amb el pas dels anys, devia estar en mal estat de conservació o potser restà massa reduït per al nombre de feligresos, car al segle XVIII, entre els anys 1766 i 1767, fou bastit a Torroja un nou temple parroquial de tres naus, dedicat també a sant Miquel, d’estil neoclàssic amb elements barrocs. El retaule de l’altar major fou contractat el 18 de maig de 1722 a Francesc Bonifàs i fou daurat el 1791 per Pau Montserrat, de la Selva del Camp. L’altar del Sant Nom de Jesús fou construït l’any 1787 i daurat per Pau Montserrat el 1790, i el de Sant Antoni de Pàdua fou daurat el 1793.
Com a peça notable, cal destacar l’orgue, el qual fou construït vers l’any 1800 per Joan Pere Cavaller; és una peça de gust romàntic francès amb elements catalans, que ha estat restaurat recentment.
L’església fou fortificada a mitjan segle XIX, durant la guerra dels Matiners.