Lietuvos didysis kunigaikštis Žygimantas Kęstutaitis Pabaisko mūšio vietoje 1436 m. pastatydino bažnyčią ir jai dovanojo žemių. Žygimantas Augustas 1544 m. pastatydino naują medinę bažnyčią. Ji 1664 m. atstatyta. Susenus bažnyčiai, nauja pastatyta 1762 m. Ji 1765 m. sudegė. Klebono D. Venckevičiaus rūpesčiu bažnyčia 1768 m. atstatyta. Nuo 1777 m. minima parapinė mokykla.

Dabartinė akmenų mūro bažnyčia pastatyta 1821–1836 m. pagal architekto J. Levuazjė (Levoisier) projektą. Sulenkėjusių kunigų (ypač kunigo P. Dirgėlos) ir dvarininkų veikiami, Pabaisko ir jo apylinkių gyventojai XIX a. gerokai sulenkėjo. Bažnyčioje lietuviškai giedoti pradėta nuo 1919 m. 1911–1914 m. veikė Lietuvių katalikų blaivybės draugijos skyrius.

Bažnyčia klasicistinė, stačiakampio plano, su bokšteliu. Vidus 3 navų. Šventoriaus tvora akmenų mūro, su puošniais vartais. Jame stovi mūrinė varpinė, pastatyta 1846 m.