Norviliškės XVI a. buvo Surviliškio dvaro palivarkas, kurį jo savininkė Darata Zenovičiūtė-Šorcienė su Peckūnų kaimu (25 valakai) paskyrė pranciškonams. Ji 1617 m. pastatė medinę bažnyčią, o buvusį mūrinį dvaro pastatą pertvarkė į vienuolyną. 1698 m. įkurta parapija. Pranciškonai 1745 m. pastatė naują bažnyčią. 1797 m. minima parapinė mokykla. Vienuolyno bibliotekoje 1820 m. buvo 284 leidiniai (tarp jų retų spaudinių ir dvi lietuviškos knygos). 1831 m. pradėta statyti nauja bažnyčia. 1832 m. caro valdžia vienuolyną ir bažnyčią uždarė. Bažnyčia nugriauta, medžiaga panaudota Alšėnų cerkvės ir Norviliškių kareivinių statybai. 1905–1915 m. vienuolyne veikė privati mergaičių žemės ūkio mokykla. 1909 m. norėta pastatyti mokinių koplyčią, bet statybos valdyba nepatvirtino prasto projekto. Parapijiečių lėšomis 1929 m. pastatyta dabartinė bažnyčia.

Bažnyčia sudėtingos konfigūracijos, vienabokštė, su penkiasiene apside ir bokšteliu. Centrinė nava dvigubai aukštesnė už šonines. Prie bažnyčios stovi mūrinė varpinė (XVII a. vidurys).