Šeduvos seniūnijos inventoriuje 1645 m. minima Smilgių bažnyčia ir 2 valakai klebonijos žemės. 1655 m. bažnyčiai dovanotas Gikonių kaimas su 17 valakų ir Čelkių kaimas su 6 valakais žemės. 1677 m. bažnyčiai dar priklausė Matarakų kaimas. Kunigo Jurgio Jakševičiaus rūpesčiu 1690 m. bažnyčia perstatyta.
1761 m. ji buvo sena ir netinkama naudoti. Klebonas Antanas Vaitelis, remiamas grafo Jono Jurgio Flemingo, 1764 m. pastatė naują bažnyčią. Joje 1768 m. buvo 6 altoriai. 1820 m. klebonija turėjo 33 valakus žemės. 1858 m. perstatytas fasadas ir bokštai.
1873 m. klebono prelato J. Rodavičiaus (Smilgiuose 1869–1885) rūpesčiu suveržtos bažnyčios sienos, perdažytas vidus, pertvarkyti altoriai, perlydyti varpai. Lietuviškos spaudos draudimo laikais kunigas M. Opulskis platino knygas, maldaknyges. Kunigas Domininkas Tuskenis-Tuskevičius 1896 m. įkūrė slaptą bibliotekėlę. 1919 m. ji perduota pavasarininkų kuopai. Kunigas dekanas Petras Kuzmickas po 1983 m. suremontavo bažnyčią, įvedė šildymą.