Kriaunų koplyčia minima 1669 m. Nuo 1671 m. rašomos metrikų knygos. Kunigo Kazimiero Samulevičiaus rūpesčiu 1684–1688 m. pastatyta medinė bažnyčia. Jai 1684–1687 m. dovanotas Retovčiznos palivarkas, Baršėnų kaimas. Klebonas valdė 20 valakų žemės. 1694 m. bažnyčia konsekruota Švč. Mergėlės Marijos Nekaltojo Prasidėjimo titulu. 1768 m. įsteigtos Dievo Apvaizdos brolija, 1772 m. – Šv. Rožančiaus brolija. 1823 m. dar stovėjo susenusi, pakrypusi bažnyčia.
1818–1829 m. pastatyta dabartinė akmenų mūro bažnyčia. Jos statyba rūpinosi Bagdoniškio dvaro ir Kriaunų dvaro savininkas Mykolas Remeris, pakriauniškis grafas Kristupas Pliateris, klebonai Ignotas Tarvydas (Kriaunose 1807–1823 m.) ir Juozapas Šileika (nuo 1823 m.). 1828 m. įsteigta altarija. Kriaunų vikarui Jonui Daržinskui 1864 m. atimtas dvasininko titulas. Jis ištremtas į Tomsko guberniją už tai, kad Dusetose su procesija sutiko sukilėlius. 76 metų klebonas J. Šileika iš areštinės paleistas.
Bažnyčioje 1911 m. įrengti 6 registrų vargonai. Klebonas Mykolas Slapšys 1929 m. atnaujino altariją, savo lėšomis nupirko 20 ha žemės, užveisė sodą (M. Slapšys mirė 1940 m. Kriaunų altarijoje). 1933 m. netoli bažnyčios pastatytas tretininkių namelis. 1936–1938 m. bažnyčia suremontuota.