Pirmąją koplyčią dvare virš laidojimo rūsio 1809 m. pastatė M. Zaleckis. Koplyčioje 1840 m. įrengti 3 altoriai. 1864 m. uždarius Paparčių dominikonų vienuolyną, Palomenėje apsigyveno vienuolis kunigas Poliakovskis. 1877 m. valdžia leido joje laikyti 4 pamaldas per metus. 1903 m. koplyčia gerokai remontuota. 1915 m. ji, atnaujinta ir išplėsta, tapo bažnyčia; įkurta parapija. 1916 m. klebonas Juozapas Stosiūnas įsteigė parapijos bibliotekėlę. Tremtinys iš Vilniaus vyskupijos Jonas Tutinas (g. 1897 m.), Palomenėje klebonavęs nuo 1937 m., 1941 m. birželio 22 d. raudonarmiečių sušaudytas kartu su bažnyčios tarnais.