Duokiškio palivarkas 1650 m. dovanotas Kamajų bažnyčiai. 1796 m. minima medinė Duokiškio koplyčia. Baisogalos altarista kunigas Kazimieras Mačionis, 1904 m. atvykęs į Duokiškį, baigė statyti kleboniją ir ėmė organizuoti bažnyčios statybą. Ji 1906 m. pastatyta ir pašventinta. Senoji koplyčia nugriauta. Jos altorius ir įrengimai pernešti į bažnyčią. 1915 m. į Rusiją išvežti 3 varpai. Po Pirmojo pasaulinio karo įsigyti 2 varpai. 1923 m. įsikūrė pavasarininkų kuopa. Kunigo K.Turlos rūpesčiu bažnyčia 1938 m. apdengta skarda. Parapija turėjo 13,9 ha žemės (išsirūpino kun. Julius Pauliukas). Duokiškyje 1952–1990 m. klebonavo Lionginas Neniškis (1915–1990; palaidotas šventoriuje). 1947–1952 m. kalintas klebonas Jonas Matulis (1904–1967).

Bažnyčia liaudies architektūros formų, medinė, kryžminio plano, su bokšteliu. Šventoriaus (18,6 arų ploto) tvora – akmenų mūro. Yra medinė varpinė, senos kapinės.