En esta iglesia, cuya fundación se remonta a san Gregorio Magno a fines del siglo VI, originalmente tenía una imagen milagrosa de la Virgen con el Niño y dos ángeles, llamada Madonna della Vallicella. Los milagros a ella atribuidos fueron dos. En el siglo XIV el fresco estaba colocado al exterior de un baño público y, después de haber sido golpeada por una piedra, comenzó a sangrar, convirtiéndose en un objeto de culto. En el año 1535, en cambio, cuando la iglesia de época medieval estaba siendo demolida, la Virgen realizó el segundo milagro, impidiendo que los fieles que participaban de la Misa fueran aplastados por una parte del techo.
En el año 1574 la imagen milagrosa será retirada y colocada en el altar mayor de la Iglesia Nueva.
La iglesia está particularmente vinculada con la figura de San Felipe Neri, justamente gracias a la bula Copiosus in misericordiae Deus de papa Gregorio XIII del 15 de julio de 1575, quien luego de la fundación de la Congregación del Oratorio confiaba a ellos la gestión de la iglesia.
En 1873 la iglesia fue expropiada y confiscada por el Reino de Italia y, después, por la República. La iglesia volverá a ser sede parroquial confiada a la gestión de la Confederación del Oratorio de San Felipe Neri el 1 de junio de 1905, gracias al papa Pio X y a la constitución apostólica Almae Urbis nostrae.