Pirmoji bažnyčia pastatyta 1613 ar 1630 m. Pakruojo dvaro savininkas Jonas Zabiela 1750 m. atstatė sudegusią medinę bažnyčią. Ji buvo kryžminio plano, su 2 koplyčiomis, turėjo 6 altorius. Iš savo dvaro J. Zabiela bažnyčiai paskyrė 3000 lenkiškų auksinų. XIX a. veikė parapinė mokykla. Dar 1873 m. prašyta leisti statyti naują bažnyčią. Leista tik 1885 m. Klebono St. Tomkevičiaus rūpesčiu 1887 m. pastatyta dabartinė mūrinė bažnyčia. Dvaro savininkai Ropai davė statybinės medžiagos. 1890 m. bažnyčią konsekravo vyskupas Mečislovas Paliulionis.

Vargonus XX a. pradžioje (iki 1904 m.) pastatė Kauno vargonų meistras Jonas Garalevičius. Apie tai liudija instrumento griežykloje esanti firminė porcelianinė emblema su įrašu „Jan Garalewicz / Kowno“.

1908 m. įsteigti „Saulės” draugijos skyrius ir Lietuvių katalikų blaivybės draugijos skyrius. Per 1922 m. žemės reformą bažnyčiai skirta 8 ha žemės. Pakruojyje 1933–1950 m. klebonavo rašytojas Mikalojus Šeižys-Dagilėlis (1874–1950), (palaidotas šventoriuje). 1934 m. jis suremontavo ir išdažė bažnyčią, 1947 m. parašė Pakruojo parapijos istorinę apybraižą.