Ukmergėje pirmoji bažnyčia pastatyta apie 1387 m. (viena pirmųjų Lietuvoje). Klebonui išlaikyti Jogaila skyrė 3 valakus žemės. Apie 1560 m. pastatyta nauja parapijos bažnyčia. Maskvos kariuomenė 1655 m. bažnyčią sudegino. Ji iki 1674 m. atstatyta. Vėlesnė, statyta 1764 m., 1786 m. sudegė. Netrukus pastatyta laikina. Ukmergėje 1761–1773 m. veikė jėzuitų misija.
Klebono Motiejaus Šneideravičiaus rūpesčiu ir parapijiečių aukomis 1800–1820 m. pastatyta dabartinė bažnyčia. Jai 1813 m. priklausė šie kaimai: Baubliai, Kunigiškiai (arba Padraziai), Mažeikiai, Neprausčiai, Vareikiai. Rusijos valdžia 1842 m. bažnyčios žemes nusavino. Liko sklypas mieste ir 18 ha Mikailiškių palivarkas. Parapija, priklausiusi Vilniaus vyskupijai, 1849 m. su dekanatu prijungta prie Žemaičių vyskupijos. Bažnyčia 1875 m. ir 1901–1902 m. remontuota. Ukmergės dekanatas 1926 m. priskirtas Kauno arkivyskupijai.
Pagal inžinieriaus Vaclovo Michnevičiaus projektą klebono Leono Špokevičiaus rūpesčiu ir parapijiečių lėšomis (dalį lėšų davė JAV lietuvis Pr. Kalibatas) bažnyčia 1931–1939 m. perstatyta. Ji padidinta, pristačius presbiteriją ir dvi zakristijas buvusio fasado gale. Buvusios apsidės gale pastatytas naujas fasadas su portiku. Bažnyčią 1935 m. iš naujo konsekravo arkivyskupas Juozapas Skvireckas. Klebonas Jonas Aleksiūnas (1901–1987), (Ukmergėje 1947–1957 m.) ją suremontavo.