Segurament la primera referència d’aquesta església s’ha de cercar en dues relacions de parròquies del bisbat de Vic dels segles XI i XII, on la parròquia de Villa Grassa apareix esmentada entre les parròquies de Rubiols i Montoliu. El poble de Vilagrasseta (fins al segle XIII conegut amb el nom de Vilagrassa, igual que el seu homònim de l’Urgell) és a prop de Montoliu, al nord-est. L’any 1133 el senyor de Vilagrasseta, Guillem Dalmau de Cervera, féu donació a l’església de Sant Andreu de l’alou que havia comprat a Ramon Joan i els farraginals que tenia entre Vilagrasseta i Gramuntell. Un nét de Guillem Dalmau, Ramon de Cervera, senyor de Vilagrasseta, va fer donació l’any 1192 a les esglésies de Sant Andreu de Vilagrasseta i de Santa Maria de Gramuntell, sufragània seva, i al rector d’ambdues, Guillem Castell, de la tasca que Guillem Dalmau de Cervera donà dels seus alous als termes de Vilagrassa i Gramuntell. El rector de Vilagrasseta va pledejar sense èxit durant el segle XIII amb el monestir de Santes Creus pels drets sobre els delmes de Gramuntell. El 1281 es dictà una sentència favorable a Santes Creus que confirmà la donació dels delmes feta a l’esmentat cenobi pel bisbe de Vic el 1237. Sant Andreu de Vilagrasseta fou una de les parròquies visitades pel delegat del bisbe de Vic el 1331. Tradicionalment és i ha estat sufragània seva l’església de Santa Maria de Gramuntell. La parròquia de Vilagrasseta es mantingué dins la diòcesi osonenca fins el 1957, moment en què s’incorporà al bisbat de Solsona.
L’actual temple, al petit poble de Vilagrasseta, és un edifici del segle XVIII d’estil neoclàssic.