D'après les recherches d'historiens locaux, le quartier de Villebourbon a vu se succéder au moins cinq églises dédiées à Saint Orens. La première aurait été édifiée entre 1315 et 1320 à l'emplacement occupé par l'hôtel de Solinhac. L'église est saccagée en 1561 (pendant les guerres de religion) et ses briques servent à élever les fortifications. L'église est reconstruite à partir de1650 (reconquête catholique) à l'entrée du faubourg Toulousain près de son emplacement actuel. L'édifice est décrit comme ""de dimensions fort modestes (16 cannes de long). Ses murs percés seulement de trois fenêtres latérales, ont été montés en briques crues par mesure d'économie."" Cette reconstrution ne résiste pas à l'inondation des 25 et 26 juillet 1652. L'église est reconstruite une troisième fois entre 1659 et1660 mais n'est pas assez grande pour accuellir les paroissiens du quartier de Villebourbon. D'après les recherches de Jean-Claude Fau, Monseigneur de Verthamon obtient du conseil général l'autorisation de gagner du terrain sur une ruelle contiguë. Les travaux sont réalisés entre août 1757 et septembre 1759. L'église occupait une partie de l'actuelle avenue Jean Jaurès. Sa façade de 18 mètres de large. Sa façade était surmontée d'un clocher-tour hexagonal coiffé d'une coupole. Ce dernier est rehaussé d'un étage en 1828. Le clocher mesurait alors une trentaine de mètres. En 1864, la paroisse de Saint-Orens est confiée à l'abbé Joseph Boué du Boislong. Constatant l'état de décrépitude de cette église, il obtient la reconstruction de l'édifice. La demande de reconstruction est présentée en conseil municipal en octobre 1865 et acceptée seulement en juin 1869. Une subvention de 50 000 francs est versée par la ville pour Saint-Orens. Le projet de reconstruction est retardé par la guerre franco-allemande de 1870-71 et la chute du régime de Napoléon III. Les travaux reprennent à la fin de l'année 1873 suivant les plans de l'architecte Léopold Gardelle. Les fondations sont assises jusqu'à 7 mètres au lieu des 2 mètres prévus au départ. Après de nombreux problèmes financiers, l'église est bénie le 5 juillet 1891 par le curé Pierre Magnol devant 3000 personnes. La façade et ses trois porches ne sont achevés qu'en novembre 1893 en utilisant des matériaux de récupération de l'ancienne église. Le clocher de l'église est mis en place par l'architecte Germain Olivier entre 1934 et 1935. Pour réaliser ce clocher, Germain Olivier utilise la méthode du béton armé Hennebique et le masque par un revêtement de brique.