Vilkijos klebono valdos minimos 1525 m. 1542 m. bažnyčiai dovanota 50 valakų žemės, Pikčiūnų, Dokelių ir Lebedžių kaimai (pastarieji 2 bažnyčiai priklausė iki 1842 m.), 2 sklypai miestelyje ir kasmetinė 80 auksinų duoklė. 1579 m. bažnyčios stogas buvo kiauras, metrikų knygos nerašomos, kapinės neaptvertos. Parapiją aptarnavo nuo 1573 m. Veliuonoje gyvenęs kunigas J. Laskovskis, kuris menkai mokėjo lotyniškai, nežinojo, kokios klebono pareigos. 1601 m. bažnyčiai skirta vieta miestelyje su 14 sodybų. 1606 m. įsteigta parapinė mokykla. Manoma, kad 1721 m. bažnyčia sudegė ir buvo atstatyta. 1730 ar 1731 m. ji vėl sudegė (pastatyta laikina).
1732 m. bažnyčiai skirtas didesnis žemės sklypas prie klebonijos. Nauja bažnyčia pastatyta 1751 m. 1808 m. miestelio plane pažymėta bažnyčia su bokšteliu ir kapinių koplyčia (Vilkijos pietuose, netoli Nemuno). 1841 m. čia gyveno 3 kunigai, bažnyčiai priklausė 14 valakų žemės. Vilkijos vikaru 1862–1864 m. buvo tautosakos rinkėjas kunigas Antanas Juška. 1892 m. bažnyčia sudegė.
1901–1908 m. pastatyta dabartinė plytų mūro bažnyčia. Ją baigė statyti klebonas Stanislovas Bačkis (1866–1930), (Vilkijoje nuo 1906, palaidotas šventoriuje). Bažnyčioje sumontuoti garsaus lietuvių meistro Jono Garalevičiaus pagaminti vargonai. Bažnyčią 1918 m. konsekravo vyskupas Juozapas Skvireckas. 1910–1914 m. veikė Lietuvių katalikų blaivybės draugijos skyrius. Po Pirmojo pasaulinio karo veikusi pavasarininkų kuopa turėjo biblioteką.