Pillnitz gehörte bis 1539 zur Kirchfahrt Dohna und unterstand dann der Kirche des Nachbarortes Hosterwitz. 1597 wurde auf dem Gelände des alten Schlosses eine eigene Kirche eingerichtet, die bis 1722 dem protestantischen Gottesdienst diente. Nachdem August der Starke, der 1697 zum katholischen Glauben übergetreten war, seine Baupläne in Pillnitz umsetzte, musste diese Kapelle geschlossen und abgerissen werden. An gleicher Stelle entstand der “Venustempel”, ein Lusthaus für barocke Feste. In diesem Gebäude wurde auch eine Kapelle für die katholischen Gottesdienste des Hofes eingerichtet, die zu den ersten katholischen Kirchen Sachsens nach der Reformation gehörte. 1818 fiel diese Schlosskapelle dem Brand des Schlosses zum Opfer und wurde 1824/28 im Nordflügel des Neuen Palais wieder eingerichtet.

Um auch den Protestanten des Ortes eine Möglichkeit für ihre Gottesdienste zu geben, beauftragte August der Starke unmittelbar nach Schließung der alten Kirche seinen Hofarchitekten Pöppelmann mit der Errichtung eines Ersatzbaus. Diese neue Kirche entstand abseits des Ortes in den Weinbergen und wurde deshalb Weinbergkirche genannt. Die Grundsteinlegung für den von Hofbaumeister Christian Schumann realisierten Bau erfolgte am 24. 6. 1723. Nach Vollendung des Baus wurden Altar, Orgel und Glocken der alten Kirche überführt. Auch die Gebeine der dort beigesetzten Personen sowie die historischen Grabdenkmale der Familien Loß und Bünau wurden in die Weinbergkirche umgebettet. Bereits am 11. 11. 1725 konnte die neue Kirche durch Superintendent Löscher als Kirche “Zum heiligen Geist” geweiht werden. Im Mittelpunkt steht der 1648 von Georg Kretzschmar geschaffene Altar mit den Wappen der beiden Stifter, einem Abendmahl-Relief und den Statuen der Apostel Petrus und Paulus, bekrönt von einer Darstellung des auferstandenen Christus.

Bis 1947 befand sich die Weinbergkirche in staatlichem Besitz und wurde erst dann in kirchliches Eigentum überführt. Noch bis 1976 wurde sie für Gottesdienste genutzt, musste dann jedoch wegen ihres schlechten baulichen Zustandes geschlossen werden. Da der Kirchgemeinde die finanziellen Mittel zum Erhalt fehlten, übergab sie 1983 das Gebäude an die Stadt Dresden, die die Weinbergkirche bis 1989 als Lagerraum nutzte. Erst durch die Bildung eines Fördervereins konnte 1990 mit der Restaurierung begonnen werden. Mit Hilfe von Konzerten und Spendensammlungen wurde in der Folgezeit ein Großteil der erforderlichen Mittel aufgebracht. Aus der Bewegung zur Rettung der Kirche ging 1991 auch das Elbhangfest hervor, welches seitdem regelmäßig begangen wird. 1994 begann die Rekonstruktion des Altars (Foto), 1997 erfolgte die Weihe der erneuerten Jehmlich-Orgel aus dem Jahr 1891. Heute wird die Weinbergkirche wieder von der Kirchgemeinde Pillnitz-Hosterwitz genutzt.

Aus Anlass des 11. Elbhangfestes wurde 2002 eine neue Glocke angeschafft, die das Geläut der Kirche vervollständigen soll. Die beiden vorhandenen Glocken stammen von 1596 und 1800, wobei die ältere bereits in der früheren Schlosskapelle läutete. Leider gingen zwei der historischen Glocken dieser Kapelle im 19. Jh. verloren und mussten ersetzt werden. Während die 1800 von August Weinholdt gegossene Glocke noch vorhanden ist, fiel die zweite von 1873 dem Rüstungswahn des Ersten Weltkriegs zum Opfer.