Buivydžiai 1673–1782 m. priklausė Mikališkių reguliariesiems atgailos kanauninkams. Vienuoliai čia pasistatė koplyčią ir joje laikė pamaldas. Nuo 1744 m. rašytos krikšto metrikų knygos.
1787 m. minima sena medinė, kiauru stogu, supuvusiais sienojais bažnyčia. Vilniaus maršalka Stanislovas Mykolas Radžiševskis apie 1790 m. pastatė medinę aštuoniakampę bažnyčią; įsteigta parapija. 1827 m. visi Buivydžių parapijos gyventojai kalbėjo lietuviškai, nuo 1830 m. pamaldos laikytos ir melstasi tik lenkų kalba.
1902–1906 m. Buivydžiuose klebonavęs Mykolas Masiulis (1857–1906), (palaidotas šventoriuje) gaivino lietuvybę. Lenkijos okupacijos metais klebonavęs Vincentas Miškinis (1893–1973) suimtas ir tardytas. 1982 m. gegužės 29 d. bažnyčia sudegė. Tikinčiųjų lėšomis 1984–1986 m. pastatyta dabartinė mūrinė bažnyčia, savo forma primenanti sudegusiąja.