Dabartinė mūrinė bažnyčia statyta 1886 – 1888 metais klebono Antano Rumševičiaus pastangomis (architektas Ustinas Golinevičius). 1530 m. Drohičino seniūnas ir Slanimo valdovas Jonas Radvila Švč. Trejybės, Švč. Mergelės Marijos Snieginės, Šv. Kryžiaus, Devynių tūkstančių kareivių ir kitų šventųjų garbei pastatė medinę bažnyčią. 1744 m. Dusetų dvaro valdytojas, grafas Jonas Liudvikas Pliateris ją perstatė. Pastatas buvo medinis, su dviem aukštais bokštais. Tuo pačiu metu buvo pastatyta barokinė mūrinė keturių aukštų varpinė, kurios pirmame aukšte buvo įrengta Šv. Kryžiaus koplyčia su altoriumi (varpinė įrašyta į kultūros vertybių registrą). Dusetų bažnyčia buvo vienas iš lietuvybės židinių lenkų okupacijos laikotarpiu.

Dusetų bažnyčioje yra vienas istorinis (vargonai) ir penki dailės paminklai: centrinis altorius, sakykla, du kilnojami altorėliai ir paveikslas "Marija su kūdikiu". Paveikslą puošia XVIII a. I pusėje sukurti aptaisai, kuriuos Dusetų bažnyčiai 1746 m. padovanojo grafai Pliateriai. Šventoriaus vakariniame kampe stovi XVIII a. mūrinė tinkuota baroko stiliaus varpinė. Keturi jos tarpsniai palaipsniui į viršų siaurėja, kampuose – piliastrai. Varpinės stogas papuoštas keturių tarpsnių barokinės formos bokšteliu su ažūriniu geležiniu kryžiumi.