La chiesa di Santa Filomena a Villa Castelli è stata costruita nel 1823 lungo corso Vittorio Emanuele II. Nel 1893, con l'istituzione del dogma dell'Immacolata Concezione di Maria, è stata fondata la confraternita dell'Immacolata a Villa Castelli. Alla confraternita si sono unite anche il terz'ordine Francescano e l'istituto delle Figlie del Sacro Cuore di Gesù. Nel 1894, la chiesa è stata acquistata dalla confraternita e donata alla diocesi di Oria.

Nel 1896, la chiesa aveva un solo altare e tre statue dedicate a San Francesco d'Assisi, Santa Filomena di Roma e Santa Maria Immacolata. Nel 1917, è stata dedicata una cappella laterale a Sant'Antonio da Padova, con la costruzione di un altro altare e l'aggiunta di una statua del santo.

L'edificio è realizzato in muratura di pietra calcarea. La chiesa ha un portale unico sormontato da un rosone circolare e un campanile a vela con un timpano. Ha una pianta a croce latina, con un'unica navata coperta da volte a crociera. Nel complesso, le caratteristiche architettoniche richiamano lo stile delle chiese delle Murge e della Valle d'Itria.