Nesta igreja, cuja fundação remonta a São Gregório Magno no final do século VI, foi originalmente mantida uma imagem milagrosa da Madona com o Menino e dois anjos, conhecida como Madonna della Vallicella. Os milagres atribuídos a ela foram dois. No século XIV o afresco foi colocado do lado de fora de um banheiro público e após ser atingido por uma pedra começou a sangrar tornando-se objeto de adoração. Em 1535, porém, quando a igreja medieval estava sendo demolida, Nossa Senhora realizou o segundo milagre ao impedir que os fiéis que assistiam à missa fossem esmagados por parte do telhado.
Só mais tarde, em 1574, a imagem milagrosa será destacada e colocada no altar-mor da Igreja Nova.
Também está particularmente ligada à figura de San Filippo Neri graças à Bula Copiosus in Misericordiae Deus de 15 de julho de 1575 do Papa Gregório XIII, que após a fundação da Congregação do Oratório confiou a igreja à sua gestão.
Em 1873, o edifício foi expropriado e confiscado pela propriedade estatal do Reino da Itália e, posteriormente, pela República. Somente a partir de 1º de junho de 1905, a igreja voltará a ser sede paroquial confiada à direção da Confederação do Oratório de San Filippo Neri, graças ao Papa Pio X e à constituição apostólica Almae Urbis nostrae.