Rašytiniuose šaltiniuose minima, jog 1510 m. vietinis dvarininkas Bogdanas Ščytas-Staveckis pastatė medinę Surdegio koplyčią, o gal ir bažnyčią, tik nežinia, ar ji buvo katalikų, ar stačiatikių, ar unitų. 1530 m. šalia koplyčios šaltinėlio apsireiškė Švč. Mergelė Marija. Todėl ten buvo pastatyta Švč. Trejybės bažnyčia. Vėliau maldos namai buvo perduoti vienuoliams bazilionams, po 1596 m. Brastos bažnytinės unijos Surdegio bazilionai tapo unitais. Senajai medinei koplyčiai sudegus, apie 1780 m. dvarininkas Ksaveras Siesickis pastatė Surdegyje medinę katalikų bažnyčią.

Dabartinės bažnyčios pastatas buvo pastatytas apie 1812 m. už Rygos (Latvija) stačiatikių aukas. 1832 m. carinės Rusijos valdžia panaikino uniją ir Surdegio bažnyčią pavertė stačiatikių cerkve. Vienuolyne nuo XIX a. vidurio veikė prasižengusių Rusijos šventikų pataisos namai, XIX a. pabaigoje ir XX a. pradžioje – berniukų prieglauda ir mokykla. Nors stačiatikiai XIX a. aktyviai vykdė rusifikavimo politiką, tarp vietinių gyventojų jie neturėjo autoriteto, Surdegyje neatsirado stačiatikių šeimų. 1915 m., artėjant Pirmojo pasaulinio karo frontui, rugpjūčio mėnesį vienuoliai stačiatikiai su visu turtu pasitraukė į Rusiją, vienuolynas buvo paliktas likimo valiai. 1917 m. vokiečių administracija Surdegio bažnyčią su buvusio vienuolyno pastatais atidavė katalikams. Į Surdegį paskirtas kunigas filialistas Matas Nakas netrukus ją pašventino Švč. Mergelės Marijos Ėmimo į dangų titulu.

Bažnyčia iki 1926 metų priklausė Telšių (Žemaičių) vyskupijai. 1926 metų balandžio 4 dieną Popiežiaus Pijaus XI Apaštaline konstitucija įsteigta Panevėžio vyskupija. Surdegio bažnyčia priskirta Panevėžio vyskupijai. Bažnyčia stačiakampio plano, su priestatais, vienabokštė. Šventoriaus tvora metalinė, su mūriniais stulpais.