Nel 1913 il vescovo Sabatino Giani promuoveva la cappellania di S. Andrea in Castiglioncello a parrocchia indipendente con il nuovo sacerdote don Carlo Gradi. Quest’ultimo trovò la piccola parrocchia in una situazione difficile: il contesto sociale non era incoraggiante e molti bambini, non ancora idonei ai lavori, trascorrevano le loro giornate abbandonati per le strade. Don Carlo affrontò questa difficile situazione con molta fermezza ed il primo passo fu quello di favorire l’apertura il 1 ottobre 1915 dell’istituto di suore di S. Giuseppe, tuttora operante, con lo scopo di dare un insegnamento religioso e morale alla popolazione, in particolare alla gioventù. La prima sede fu in via Tripoli.
La popolazione era sensibilmente in aumento, grazie allo sviluppo dell’industria Solvay che decollava in quegli anni, alle cave di magnesite presso il Poggio Pelato e al nascente turismo: dalle cento anime che vivevano a Castiglioncello nel 1890 si passò alle quasi 2000 nel 1922. Don Carlo consapevole di questo fenomeno e vedendo che la piccola chiesa della torre non avrebbe più potuto svolgere la sua funzione in modo dignitoso, cominciò fin dai suoi primi anni di attività a pensare all’edificazione di una nuova e più grande chiesa che potesse accogliere tutti i fedeli.
Nel 1919 sorse un comitato per raccogliere i fondi per la nuova chiesa. Dopo ritardi dovuti alla prima guerra mondiale, la prima pietra del nuovo edificio dedicato all’Immacolata Concezione fu posta il 17 dicembre del 1922, terza domenica di Avvento. Fu aperto al pubblico il 31 agosto 1924 e consacrato dal vescovo Piccioni il 24 giugno 1929. Il disegno della chiesa fu eseguito dagli ingg. Carlo Cordero di Montezemolo e Adolfo Tocchi ai quali si unì nella direzione tecnica dei lavori l’ing. Ettore Corna. I lavori furono affidati all’impresario-costruttore Ranieri Ghignola.
L’attuale posizione fu scelta perché la chiesa fosse raggiungibile da tutti i fedeli. Durante la seconda guerra mondiale fu severamente danneggiata da un bombardamento americano. Essendo la parrocchia priva di ogni locale consacrato al culto, le funzioni parrocchiali furono trasferite in una sala dell’Istituto S. Giuseppe adibita a cappella; in essa venne conservata l’Eucaristia vigilata notte e giorno da persone di fiducia. Anche don Carlo rimase ferito e fu trasferito a Rosignano Marittimo da dove fece ritorno il 14 luglio del 1944 in occasione del funerale di don Italo Gambini, deceduto il 9 luglio per uno scoppio di mine poste dai tedeschi all’altezza di via Tripoli. Don Carlo rimase parroco fino al 1957, anno della sua morte.
La Canonica, composta da piano terra e primo piano, per volere testamentario dovette essere data in usufrutto alle sue eredi, alla morte delle quali sarebbe poi passata alla Parrocchia. Per questo motivo, don Mario Udina, successore di don Carlo dal 1958 al 1968, dovette acquistare una struttura per ¡ locali parrocchiali e l’abitazione del parroco, in via Gorizia 4, vicino alla Chiesa. Da allora questa struttura si chiama “casina” ed è tutt’ora nelle disponibilità della parrocchia. Successivamente le eredi permisero ai parroci l’uso del pianoterreno della Canonica e da quel momento quello è stato il luogo dell’abitazione del parroco e dei locali parrocchiali, mentre la casina veniva adibita a casa di accoglienza per persone in situazione di bisogno. Dal 1968 al 1988 la parrocchia fu retta da don Roberto Corretti. Negli anni ‘80 le suore di san Giuseppe misero a disposizione una parte del loro cortile e là la comunità parrocchiale costruì una struttura per gli incontri, per la catechesi e per i momenti conviviali. Dal 1988 al 1991 la parrocchia fu retta da don Ordesio Bellini e dal 1991 da don Andrea Brutto.  Nel 1998 la casina aveva bisogno di essere messa in sicurezza e il parroco don Andrea, con la comunità parrocchiale, decise di provvedere a un lavoro di ristrutturazione completo che prevedesse anche l’alzata di un piano così da lasciare il piano terreno a casa di accoglienza mentre il primo piano sarebbe stato usato per le attività parrocchiali. Il progetto venne terminato nel 2004 e da allora la casina è il luogo di incontro di tutti ¡ gruppi parrocchiali al primo piano, mentre al piano terra sono ospitate donne in stato di bisogno. Dal 2004 a oggi sono state ospitate e seguite dalla Caritas Parrocchiale circa 15 donne.