L’année de construction de la chapelle est inconnue ; sa première mention en tant que chapelle remonte en 1142, où Bernard d’Arboussols, seigneur laïc du village, lègue par testament l’édifice au monastère de Marcevol, qui devient alors sous la suzeraineté du prieuré. Dédicacée dans un premier temps aux saints Just et Pasteur, elle est actuellement dédiée aux saintes Eulalie et Julie. La chapelle devient église paroissiale d’Arboussols à partir de la révolution (Cazes, 1977, p. 53) .
L’église a été remaniée et restaurée plusieurs fois, notamment au XVIIe siècle, avec l’ajout de deux chapelles latérales et au XIXe siècle avec la construction d’un clocher-mur, du porche (comportant la nouvelle entrée de l’église faisant figurer sur son encadrement la date « 1865 ») et d’un narthex.
C’est en 1999 que l’église est restaurée, avec la reprise de la maçonnerie en galets de rivière noyés dans le mortier et la suppression de la tribune.