La parrocchia di Villar Perosa è menzionata per la prima volta nel 1078 a proposito della conferma dell'atto di donazione da parte della marchesa Adelaide all'Abbazia di Pinerolo. Tale possesso è riconfermato nel 1131 da Amedeo, figlio del conte Umberto di Savoia.

Altro riferimento documentario nel 1249, allorché Stefano Ponza di Villar vende all'abate Ardizzone tutto il feudo "sub porticu ecclesie Sancti Petri de Uilario". Numerose sono ancora le segnalazioni nei secoli successivi finché negli anni 1530/54 appare quale parroco della chiesa don Agostino Rubiani. Sappiamo inoltre che nel 1585 in Villar vi era una confraternita.

Poi durante le guerre di religione la parrocchia passò ai Valdesi che nel 1608 costruirono un tempio, secondo la tradizione ubicato vicino all'attuale parco della villa Agnelli, che verrà demolito nel 1624. La chiesa venne però rioccupata nel 1632 dal frate Maurizio da Ceva che fece abbattere il campanile dei Valdesi e vi celebrò la messa.

La chiesa antica doveva trovarsi presso la cosiddetta “casa del maggiordomo” di villa Piccon poi Agnelli. Poco più in alto, negli anni 1711/16 si costruì la chiesa attuale, una delle più belle e singolari di tutta la Diocesi. Fu eretta, come si è detto e come ricorda uno stemma posto sulla facciata, a spese di Vittorio Amedeo II, desideroso di affermare il suo predominio sulla valle, con il concorso dei vassalli della Val Perosa, i fratelli Francesco Giuseppe e Luigi Piccon, figli di un banchiere torinese e ricchi proprietari terrieri, a cui aveva conferito il titolo di conte. Nel 1759 la chiesa era ancora sussidiata dal governo regio, che l'anno seguente i Piccon cedettero il loro feudo a Giovanni Gamba di Maretto, la cui figlia Polissena sposerà il marchese Antonio Turinetti di Priero, unendo così i due casati.

Sappiamo inoltre che nel 1790 la chiesa era frequentata da 900 cattolici, essendo ormai scomparsi tutti i Valdesi, che nel 1808 subì dei danni per un terremoto e che nel 1808 venne consacrata una campana nuova. Nel 1835 la chiesa aveva tre altari in marmo di vario colore, i due laterali dedicati alla Madonna e S. Giuseppe. Vi si conservavano anche alcune reliquie dei 12 apostoli, regalate alla marchesa di Priero. Nel 1853 nella storia della celebre chiesa entrano in scena gli Agnelli, che divennero i primi benefattori della chiesa. Il 28 febbraio del 1887 la chiesa riportò alcune screpolature interne ed esterne causate da un terremoto, che comportarono una spesa di L. 4000 per i lavori di restauro.

Nel 1912 l'allora cav. Giovanni Agnelli provvide a far ricoprire con lastre di rame (attualmente di colore verde, per via dell'ossidazione) la grande cupola e i due campanili. Nel 1925 si iniziò il restauro della muratura, della facciata e delle grondaie. Nel 1929 fu installato, nel campanile di destra un orologio elettrico e in quello di sinistra un concerto di otto campane a carillon in "Mi maggiore". Nel 1934 si iniziarono nuovi lavori di restauro all'interno della chiesa: il tetto venne ricoperto in gneiss lamellare di Luserna, si ampliò l'interno della chiesa con l'apertura di due passate che uniscono al corpo centrale i vani laterali prospicienti i due campanili. Durante i bombardamenti del '44 la chiesa, completamente mimetizzata di verde, riportò alcune crepe. Nel 1975 alcuni studenti universitari svolgendo delle ricerche per trovare un passaggio tra la chiesa e il castello sottostante, scoprirono una stanza murata con i resti di sette cadaveri, che poi fu appurato essere di sette parroci. Negli anni 1985-87 furono realizzate a cura dell'Associazione Amici dell'Arte in Piemonte consistenti opere di restauro conservativo, sia all'interno, sia all'esterno della chiesa, sotto il diretto controllo delle Soprintendenze competenti. Dopo attente indagini furono restituiti i colori originari degli intonaci: grigio-beige alle pareti esterne e rosa-verde a quelle interne.