Domeikavos apylinkės kaimai anksčiau priklausė Lapių parapijai, o vėliau išaugusi gyvenvietė buvo priskirta Vilijampolės Šv. Juozapo parapijai. Atkūrus Lietuvos Nepriklausomybę Domeikavos tikinčiųjų susirinkime 1990 m. gruodžio 2 buvo nutarta statyti bažnyčią. 1990 m. gruodžio 6 d. kardinolas Vincentas Sladkevičius tikinčiųjų prašymu įsteigė naują parapiją. 1991 m. gegužės 1 d. įrengtoje laikinoje koplyčioje buvo aukojamos pirmosios šv. Mišios.

Domeikavos bažnyčios kertinio akmens pašventinimas vyko 1993 m. birželio 14-ąją, Gedulo ir vilties dieną. Taip pat buvo pašventinti Viktoro Žilinsko išdrožta skulptūrinė grupė ir kryžius. Statybos tęsėsi apie 13 metų. Konsekruota 2006 m. liepos 2 d. Prie bažnyčios įrengiamas Lietuvos kankinių memorialas, tautodailininkų skulptūromis žymintis Lietuvos kančių kelią. Bažnyčios varpinę juosia spygliuota viela. 2017 m. spalio 22 dieną Kaišiadorių vyskupas Jonas Ivanauskas perdavė Domeikavos Lietuvos kankinių parapijai gerbti pal. Teofiliaus Matulionio pirmojo laipsnio relikviją.