L'inscription sur le portail indique que le sanctuaire érigé en 1698 a été détruit en 1793, restauré en 1833 et reconstruit et consacré en 1838, informations reprises par A. Hamon en 1863. Selon L. Fuzier (1893), la chapelle était celle de Notre-Dame des Champs, qui "à la suppression de tout culte en 1793 (...) redevint maisonnette de vigneron". L. Guirondet (1837-1838) précisait que l'oratoire dont les pierres étaient alors éparses, avait été relevé en 1833 par M. de Cardonnel-Fonrozat, son propriétaire depuis la Révolution, que le curé archiprêtre de l'église Notre-Dame incita à rendre l'humble oratoire au culte (Fuzier, 1893). La chapelle, ou l'oratoire, a alors relevé l'appellation de "Notre-Dame des Treize-Pierres", sans doute parce que l'église, proche, était alors ruinée et désaffectée. Une restauration de l'enveloppe architecturale extérieure (décroutage de l'enduit, purge des joints, rejointoiement) a été réalisée il y a quelques années par la commune de Villefranche.
La maçonnerie et ses supports sont vraisemblablement attribuables à la fin du 17e siècle ; la porte, autour de laquelle semblent apparaître des traces de reprise, est plus probablement une réalisation néo-classique de 1833 ou 1838, tandis que le décor peint et les vitraux ne sont peut-être pas antérieurs à la deuxième moitié du 19e siècle.
