Andrés de Vandelvira se asentó en Villacarrillo alrededor de 1533-1534 con su mujer, Luisa de Luna, y unos años después daba trazas para la iglesia de la Asunción de la localidad, la cual comenzó su construcción en la década de 1540.
Su atribución ha quedado fuera de toda duda pese a que, como nos indica el profesor Pedro Galera, apenas tenemos noticias documentales. Por otra parte, el espacio que plantea en esta iglesia es el que repitió en prácticamente la totalidad de los templos en los que intervendría posteriormente. Se trata de una planta basilical de tres naves (la central más ancha que las laterales) divididas por pilares que son cilíndricos con cuatro finas columnas adosadas, elementos que nos recuerdan a los baquetones góticos. Sobre los pilares hay un cuerpo supletorio sobre el que voltean los arcos. La nave central se cubre con cinco bóvedas de media naranja con linterna, las cuales fueron pintadas posteriormente por Pedro de Raxis entre 1580 y 1597. Las laterales se cubren con bóvedas vaídas rectangulares y linterna, y esta es una solución que el maestro empleó también en la catedral de Baeza o la iglesia del convento dominico de la Guardia, por ejemplo.
En cuanto al alzado lateral del muro, hay capillas hornacinas entre contrafuertes que se cubren con bóvedas de crucería y a las que se accede mediante arcos de medio punto. Sobre estos hay un entablamento corrido, y, a su vez, sobre este, una ventana de medio punto similar a las empleadas en la zona más antigua de la catedral de Baeza. Todo queda dentro de una gran estructura abarcante.