En 1860, la commune de Vénissieux est essentiellement rurale. Deux quartiers éloignés du Bourg commencent à s’urbaniser: Saint-Fons et Moulin-à-Vent.

L’abbé Jacques Robin, curé de Vénissieux décide, en 1865 de fonder une paroisse à Saint-Fons. L’année suivante, il fait construire une chapelle en pisé au Moulin-à-vent.

Le père Antoine Chevrier, fondateur du Prado, participe à l’édification de ce bâtiment religieux. La chapelle est ouverte au culte le 9 décembre 1866.

Suite au Concordat de Bonaparte, en 1801, les prêtres sont rémunérés par l’Etat. Pour ne pas être obligé de rémunérer le prêtre du Moulin-à-vent, le Ministre des Cultes refuse de reconnaître la chapelle comme symbole d’une nouvelle entité paroissiale. De ce fait, ce lieu culturel est considéré comme une annexe dépendant de la paroisse Saint-Germain de Vénissieux.

L’abbé Robin fait appel au père Chevrier, comme premier desservant de cette église du Moulin-à-Vent, avec le titre de Chapelain (1866-1871), assisté de son vicaire l’abbé Martinet. Celui-ci se fait nommer en 1871, chapelain à la place et à l’insu du Père Chevrier, qui en sera très affecté.

Au début du vingtième siècle, la chapelle s’avère trop petite. Un nouvel édifice est  construit par l’Abbé Rémy, qui en finance une partie, grâce aux bénéfices des ventes de ses tisanes, car ce prêtre est botaniste.

L’église nouvelle s’élève de 1900 à 1905. Elle a pour particularité d’être bâtie autour de la chapelle existante où les offices continuent d’être célébrés durant les travaux. L’architecte est un lyonnais, Monsieur Bernard.

A la fin de la construction de la nouvelle église, la chapelle en pisé est démolie.

L’église du Moulin-à-Vent est placée sous le vocable de l’Immaculée Conception et sera détachée de la paroisse Saint-Germain en 1907.

L’évêque de Grenoble, dont Vénissieux dépend alors, érige officiellement, le 6 décembre 1907, un grand secteur autour de l’église, comme nouvelle paroisse du Moulin-à-Vent. L’abbé Joanny de Loudé, chapelain depuis 1904, est désormais le nouveau et premier curé en titre de la nouvelle entité religieuse.

Certaines personnes donnent à l’église le surnom d’église des sauterelles en souvenir de l’invasion, il y a quelques décennies, d’une colonie de crickets qui s’était installée à l’intérieur de l’église.

Récemment, les vitraux ont été restaurés, la ville de Vénissieux a participé à la mise en place d’un éclairage de mise en valeur extérieure de l’église. En 2005, plusieurs manifestations ont marqué le centenaire de cette église.

Un autel et des objets liturgiques sont inscrits à l’inventaire supplémentaire des monuments historiques.

En 2021, une des chapelles de l’église est consacrée en hommage aux 19 Bienheureux Martyrs d’Algérie.