Pirmąją medinę bažnyčią 1786 m. pastatė Kristina Kačanauskienė; įkurta parapija. XVIII a. Nemajūnuose veikė parapinė mokykla. XIX a. viduryje senoji bažnyčia buvo suirusi. 1858 m. patvirtintas naujos medinės bažnyčios projektas, kurio atsisakyta, 1862 m. patvirtintas mūrinės bažnyčios projektas.

1863 m. areštuotas klebonas Pranas Kazlauskas. Jam 1864 m. atimtas dvasininko titulas, išsiųstas į katorgą. Išmūrijus 1,5 m aukščio sienas, bažnyčią statyti uždrausta. Valdžia pasiūlė remontuoti senąją. Paaiškėjus, kad nėra ko remontuoti, prašyta leidimo perstatyti. Nesulaukęs oficialaus valdžios leidimo, kunigas Anzelmas Nonevičius 1877 m. pastatė naują medinę bažnyčią pagal Tomo Tišeckio 1861 m. parengtą ir 1876 m. patvirtintą projektą. Už savavališką statybą 1877 m. valdžia kleboną nubaudė 150 rb. 1918 m. vokiečių žandarai sudegino bažnyčios ūkinius pastatus su javais.

Bažnyčia neogotikinė, stačiakampio plano, halinė, su kvadratine presbiterija ir 2 šoninėmis zakristijomis, 2 fasado bokštais ir bokšteliu ant stogo. Vidus 3 navų, atskirtų kolonomis. Yra K. Rafalavičiaus, N. Silvanavičiaus tapybos kūrinių (tarp jų [Šv. apaštalai Petras ir Paulius“ didžiajame altoriuje, 1883 m.). Unikalus XIX a. tautodailės kūrinys – iš 64 jaunamarčių juostų surištas kilimas.

Koplyčioje įrengta memorialinė ekspozicija poetui Stanislovui Moravskiui, kryždirbystės pavyzdžiai, veterinarijos magistro Elijošiaus Nonevičiaus kapas.