Bažnyčią iki 1430 m. pastatė Lietuvos didysis kunigaikštis Vytautas ir skyrė jos išlaikymui turtų. 1449 m. didysis kunigaikštis Kazimieras Jogailaitis turtus patvirtino ir padidino. 1451 m. Giedraičių seniūnas Povilas Kareiva bažnyčios turtą dar padidino.
Povilas Giedraitis ir Anastazija Giedraitienė 1542 m. įrengė altariją ir jai dovanojo Bijutiškio palivarką. Apie 1565 m. bažnyčia atiteko evangelikams reformatams. Katalikai pasistatė koplyčią kapinėse ir 1642 m. dėl bažnyčios praradimo iškėlė bylą.
1672 m. Dubingių savininkė K. Radvilaitė įsipareigojo pastatyti naują katalikų bažnyčią (pastatyta 1677–1678 m.). 1800 m. ji perstatyta; veikė parapinė mokykla. XVIII a. įsteigta Šv. Rožančiaus brolija. Po 1954 m. gaisro, tais pačiais metais, prie kapų koplyčios pristatytas priestatas ir įrengta bažnyčia, kuri 1958 m. taip pat sudegė.
Dabartinė bažnyčia 1958 m. įrengta buvusioje prieglaudoje. XX a. pradžioje Dubingiuose lietuvybę stiprino kunigas Jonas Kunigėlis. Dubingių ir Vilūnų klebonas Jonas Žvinys 1946 m. suimtas ir nuteistas 25 m. kalėti. Į Lietuvą grįžo 1956 m.