Pirmoji bažnyčia Butrimonyse pastatyta XVIII a., ji buvo medinė. Vėliau – atstatyta, pertvarkyta, pastatyta nauja. 1901 m. buvo paruoštas bažnyčios pertvarkymo projektas, tačiau jis neįgyvendintas. 1906 m. pagal A. Filipovičiaus-Dubovskio projektą pradėta statyti šiandieninė mūrinė bažnyčia. Naujos bažnyčios iškilmingas pamatų pašventinimas įvyko 1908 m. gegužės 13 d. Statant bažnyčią, senoji, medinė, nebuvo nugriauta ir kurį laiką buvo palikta naujosios viduje. Mūrinės bažnyčios statybos darbus nutraukė Pirmasis pasaulinis karas. Vienbokštė, masyvi bažnyčia baigta statyti tik 1926 m. Ji yra eklektiška su romaninio stiliaus žymėmis, fasadinis bokštas stovi dešinėje. Bažnyčioje yra vertingų XIX a. I p. tapybos ir liaudies dailės bei iš Butrimonių apylinkių kilusio žinomo dailininko Antano Kmieliausko ankstyvosios kūrybos darbų. Šventorius aptvertas akmenų mūro tvora su trijų arkų vartais.