Pirmoji Daugailių bažnyčia pastatyta iki 1685 m. (nuo tada pradėtos rašyti metrikų knygos). 1744 m. bažnyčia buvo Dusetų filija (pastatyta piliakalnyje). Ją aptarnavo vienuolis pranciškonas. Bažnyčia 1766 m. atstatyta. Į bažnyčią trenkė žaibas, ji sudegė.
1852 m. pastatyta nauja. Dusetų klebono Antano Rumševičiaus rūpesčiu 1883 m. bažnyčia perstatyta ir padidinta (miško medžiagos paaukojo Adomas Kviklys). Daugailiuose 1897–1935 m. klebonavo Kazimieras Kiršinas (1865–1940). Jis rūpinosi parapijiečių švietimu, globojo iš parapijos kilusius klierikus, 1915 m. suremontavo bažnyčią (palaidotas Daugailių kapinėse). Kunigo Kazimiero Mozūro iniciatyva 1939 m. įkurta parapija, nudažyta bažnyčia. 1940 m. išdažytas jos vidus, pastatyta medinė klebonija. Klebono Petro Baltuškos (Daugailiuose nuo 1970 m.) rūpesčiu bažnyčia 1982 m. suremontuota ir perdažyta.