Pirmoji katalikų koplyčia pastatyta 1719 m. Apie 1782 m. pastatyta medinė bažnyčia. Ji turėjo vieną altorių, be zakristijos. Šventoriuje stovėjo varpinė. Nuo 1804 m. veikė parapinė mokykla. Nuo 1818 m. buvo nuolatinis kunigas filialistas Jonas Skapinavičius. Jis pristatė zakristiją. Vidaus reikalų ministras 1849 m. leido Jonui Tiškevičiui Nemunėlio Radviliškyje pastatyti mūrinę bažnyčią. Ji pastatyta 1849–1854 m. 1907 m. suburtas bažnyčios choras.
1915 m. sugriautas bokštas, sudegė lubos, stogas, altorius, vargonai. Pamaldos laikytos prieglaudoje. 1921–1928 m. bažnyčia atstatyta (pradėjo kunigas Feliksas Dėdelė, baigė kunigas Mykolas Jusys). Bokštas atstatytas kitokios formos. Per Antrąjį pasaulinį karą sudegė parapijos ūkiniai pastatai, apgriauta bažnyčia. Po karo administratoriaus kunigo Stanislovo Žalio ir kitų rūpesčiu bažnyčia apdengta lentelėmis, atstatytas gerokai žemesnis bokštas, ištinkuota presbiterija. Klebonijos vietoje pastatytas mažas namelis.
Nemunėlio Radviliškyje 1959–1976 m. gyveno ištremtas vyskupas Vincentas Sladkevičius.