Die früheste Kapelle auf dem Goldberg entstand kurz nach Beginn der fränkischen Herrschaft und war dem Heiligen Remigius (Heiligsprechung etwa 550) geweiht, dem Bischof von Reims und Taufvater des fränkischen Königs Chlodwigs. Zusammen mit dem benachbarten Gutshof wurde die Kirche im Laufe des 9. Jahrhunderts befestigt und zur späteren Burg von Osthofen ausgebaut, die als Residenz der örtlichen Vögte bis zur Mitte des 13. Jahrhunderts genutzt wurde.

Im 11. Jahrhundert wurde die Kapelle zu einer dreischiffigen frühromanischen Pfarrbasilika ausgebaut mit einem Turm über dem Ostjoch des nördlichen Seitenschiffes. Von dieser ursprünglichen Kirche ist heute vor allem noch der untere Teil des Glockenturms erhalten. Der Einfluss der Wormser Dombauschule wird hingegen im oberen Geschoss des Turmes (etwa 1125) durch die aufwendige Gestaltung mit Rundbogen, ornamentierten Doppelfenstern und Lisenen deutlich.

Um 1230 wurde eine Kapelle angebaut, die der Heiligen Katharina geweiht war. Diese weist ein frühgotisches Kreuzrippengewölbe auf, das von Ecksäulen mit kelchförmigen Kapitellen aus Sandstein gestützt wird. Die formale Gestaltung der Kapelle erinnert unter anderem an den Chor von St. Paulus in Worms. Die Katharinenkapelle wurde mit verschiedenen Fresken geschmückt, die teilweise heute noch erhalten sind. So stammen die spätromanischen Wandmalereien an der Bogenöffnung zum Langhaus noch aus der Bauzeit der Kapelle und stellen Brustbilder von Christus und den Aposteln dar. Aus der zweiten Hälfte des 13. Jahrhunderts stammen hingegen die Fresken der Nord- und Ostwand. An der Nordwand ist die Legende der Heiligen Katharina dargestellt, die Ostwand zierte die Kreuzigungsszene, von dieser sind jedoch heute nur noch Relikte erhalten.

Im Dreißigjährigen Krieg (1618 – 1648) wurde die Bergkirche 1621, zusammen mit großen Teilen des Ortes, niedergebrannt. Osthofen war danach bis zum Ende des Krieges quasi menschenleer, die Kirche stand leer. Nach dem Krieg folgte ein Strom von Einwanderern verschiedenster Konfessionen aus weniger stark betroffenen Teilen des Reiches. Die Bergkirche wurde zunächst notdürftig repariert und hergerichtet. Da Gotteshäuser anderer Konfessionen jedoch fehlten, führte Kurfürst Johann Wilhelm Anfang des 18. Jahrhunderts ein Simultaneum ein, wonach die Konfessionen des Ortes die Bergkirche gemeinsam nutzen konnten. Im Zuge der Pfälzer Kirchenteilung 1706 fiel die Bergkirche den Reformierten dann vollständig zu.

Der notwendige Neubau wurde bis 1744 immer wieder hinausgezögert. Das Wormser Domkapitel, welches noch immer die Baulast der Kirche innehatte, stimmte einem Neubau lange nicht zu, obwohl die Kirche baufällig und für die reformierte Gemeinde zu klein geworden war. Der Neubau begann schließlich 1745, nachdem der Landesherr, Kurfürst Carl Theodor, die Domherren zum Mitbauen der Kirche verpflichtete. Die Einweihung der Kirche konnte schließlich am 1. Oktober 1747 stattfinden. Die Kanzel mit Schnitzereien des ortsansässigen Schreinermeisters Wahl wurde im gleichen Jahr fertiggestellt, die Orgel von den Brüdern Stumm 1755. Die Brüstung der Westempore zieren seit 1747 biblische Gemälde von Johann Conrad Seekatz, der sich an Vorlagen von Matthäus Merian orientierte. Die jüngere Nordempore wurde 1780 von Jung aus Worms geschmückt.

In den Jahren 1958 bis 1966 wurde der Innenraum der Kirche einer umfangreichen Renovierung unterzogen. Dabei wurde die Holzdecke zugunsten der ursprünglichen Stuckdecke entfernt. Das neue metallene Altarkreuz des Künstlers Hermann Tomada wurde 1965 angeschafft. Im Zuge der Renovierung wurde auch der Austausch der Fenster im Chorraum vollendet.

In den Jahren 1999 bis 2003 fand eine gründliche Außenrenovierung statt. Der Putz wurde komplett abgeschlagen und erneuert. Dabei kam an der Nordseite des Chorraums ein altes Portal mit ziseliertem Sandsteinrahmen zum Vorschein. Weiter wurden die äußeren Sandsteingewände aus der Barockzeit ersetzt, die infolge von Witterung und unsachgemäßer Behandlung in den 1960er Jahren porös geworden waren. Dadurch erhielt die Kirche ihren heutigen zartrosa Farbton mit kräftig roten Sandsteingewänden, Säulen, Gesimsen und Turm.