Bikuškio dvare (2,5 km į šiaurę nuo Sudeikių) XVIII a. antrojoje pusėje buvo koplyčia, kurioje 1782 m. leista laikyti pamaldas. 1788 m. pradėtos rašyti metrikų knygos. Apie 1800 m. koplyčia sudegė. 1721–1791 m. B. Prušinsko lėšomis pastatyta Sudeikių bažnyčia. Sudeikiuose 1806 m. pastatyta laikina bažnyčia. Jai dovanoti 2 valakai žemės. XIX a. pradžioje veikė parapinė mokykla.
1825 m. pastatyta dabartinė mūrinė bažnyčia. 1917 m. abiejuose stogo galuose uždėti mediniai bokšteliai su kryžiais. 1920–1921 m. Sudeikiuose klebonavo rašytojas Juozas Šnapštys-Margalis (1877–1921), (palaidotas šventoriuje). Klebonas Juozas Savukaitis 1933 m. išdažė ir atnaujino bažnyčią. 1944 m. gerokai sužalota. Vėliau suremontuota, iki 1955 m. uždėtas barokiškas frontonas.