L’església és un edifici del segle XVII que substituí l’antiga església parroquial de Sant Valentí de Vilallonga, romànica, les restes de la qual es conserven; prop seu hi ha unes sepultures antropomòrfiques. També hi ha les restes de l’antic castell de Vilallonga, esmentat des del segle XI. Des del segle XV en foren senyors els Rajadell; passà al segle XVII als Cruïlles i als Aimeric, i el 1689 fou adquirit per Pau Dalmases, i el seu fill Pau Ignasi de Dalmases i Ros rebé el marquesat de Vilallonga. A mitjan segle XVIII la parròquia de Vilallonga desaparegué, i fou agregada a la de Sant Martí Sesgueioles.