L'église de Cailloux sur Fontaines a une histoire ancienne.

C'est le supérieur du monastère de l'Île-Barbe qui au milieu du XIème siècle fait construire, sous le vocable de Sainte-Marie-de-Fontaines, une chapelle qui par la suite devient église paroissiale. L'actuel clocher roman date de cette époque.

Au XIVème siècle, son nom devient Bienheureuse Marie de Fontaines.

En 1402, la paroisse de Fontaines passe sous l'autorité d'Amédée III, duc de Savoie ; de cette époque date la présence de la croix blanche de Savoie sur les faces du clocher.

À partir de 1484, un différend à propos de la prétendue subordination de l'église à celle de Saint-Martin (toutes deux de la paroisse de Fontaines, qui comptait donc deux églises), dure trois siècles. Il s'ensuit de nombreux procès, et un arbitrage sous l'autorité du pape Innocent VIII reconnait finalement l'indépendance de Notre-Dame-de-Fontaines (rebaptisée ainsi en 1657). En 1787 un vicaire attitré y prend ses fonctions.

Au début XIXème siècle l'église est considérablement agrandie et embellie : allongement du chœur, ajout de la sacristie et des nefs latérales, achat de nouvelles cloches ; la plus grande part du mobilier liturgique date de cette époque : chaire, maitre autel, tables de communion, boiseries.