Notre-Dame est bâtie au pied de la hauteur que couronne le bourg castral ruiné. Le toponyme Saint-Jean, attribué à cette hauteur, suggère l'existence d'un autre lieu de culte intégré à l'habitat fortifié. L'église de Soleilhas, qui constituait la prébende d'un chanoine de Senez et que citent, sans autre précision, deux pouillés rédigés respectivement vers 1300 et en 1376, correspond-elle à Notre-Dame, qui serait en ce cas une fondation antérieure à la création du bourg castral, ou bien à Saint-Jean, église détruite de ce bourg, dont Notre-Dame aurait constitué une annexe à vocation cimitériale ?

La documentation écrite, trop chiche, ne permet pas d'en décider. L'analyse du bâti ne fournit guère plus d'indices. L'abside présente les caractères d'une construction romane assez médiocre, sans aucun élément de décor susceptible d'orienter la datation. La fenêtre du mur sud est visiblement un repercement, peut-être du 16e siècle.

La construction de la nef date probablement du 16e siècle, avec de possibles remaniements de détail au 17e siècle (contreforts talutés, décor peint). En 1708 et encore en 1722 on continuait d'y célébrer des offices, bien que le transfert de la paroisse au village ait probablement eu lieu dans le dernier quart du 17e siècle.