Jusqu’au XVIe siècle, la ville de Valangin était rattachée à la paroisse d’Engollon. Ses seigneurs, Claude d’Arberg et Guillemette de Vergy, décidèrent de remédier à cette situation en édifiant une église collégiale au nord du bourg, à cheval sur le ruisseau de la Sorge. Les travaux commencèrent à l’extrême fin du XVe siècle et la dédicace eut lieu le 1er juin 1505 par l’évêque de Lausanne. Après la Réforme, la nef fut convertie en grenier seigneurial. En 1838, Sigismond de Meuron, directeur des bâtiments du prince, choqué du mauvais état du temple en partie réservé à des usages profanes, proposa de rétablir l’édifice dans son état primitif. L’architecte James Colin fut chargé de la supervision des travaux. La restauration, qui ne fut achevée qu’en 1841, a diminué de 6m75 la longueur de la nef, fait disparaître le porche de bois et trois fenêtres et bâtir une façade neuve.
Lors d’une nouvelle restauration menée durant les années 1908-1909 par l’architecte Léo Châtelain, une sacristie fut ajoutée dans l’angle sud-est. Des vitraux de Clement Heaton aux armes de donateurs vinrent garnir les fenêtres dans les années suivantes. Dans le chœur, une niche abrite le monument funéraire des fondateurs de l’église sous une plaque de bronze datée de 1523. Le sculpteur Frédéric Marthe restaura et compléta leurs gisants en 1840-41. Les fonts baptismaux octogonaux portent une inscription qui signale que l’église a été bâtie en 1500. La chaire de noyer de style Louis XV, de 1779, est l’œuvre de Wilhelm Buell. L’intérieur de l’édifice a été entièrement restauré en 2004-05.
