Sudervė 1594 m. paskirta Vilniaus stačiatikių Švč. Trejybės brolijai, kuri ją 1669 m. pardavė Vilniaus jėzuitų naujokynui. Vyskupas Ignotas Jokūbas Masalskis ir Teodora Sapiegienė 1782 m. pastatė bažnyčią. Jai paskirtas Saugūniškės kaimas ir palivarkas (prie Maišiagalos). 1783 m. įsteigta parapija. Prie bažnyčios veikė prieglauda, 1820 m. sudegė. Nuo 1797 iki 1820 metų bažnyčios vargonininku dirbo bajoras Simonas Baginavičius. Jam buvo išnuomotas ir Saugūniškės kaimas.
Sudervės dvaro savininkas (nuo 1774 m. vyskupas) Valentas Volčackis pagal Lauryno Stuokos-Gucevičiaus projektą 1803–1822 m. pastatė dabartinę mūrinę bažnyčią. Statybą prižiūrėjo architektas Laurynas Bortkevičius. Keturias evangelistų skulptūras ir didįjį altorių sukūrė skulptorius Ignotas Gulmanas. Vidų dekoravo dailininkas Napoleonas Ilakavičius. Bažnyčią 1834 m. konsekravo vyskupas Andrius Benediktas Klongevičius. Ji remontuota 1851–1852 (architektas Tomas Tišeckis), 1876, 1883, 1903 ir 1927 m. Nuo 2005 m. įvestos pamaldos ir lietuvių kalba.
Įdomu tai, kad statant dabartinę bažnyčią, vyskupas Valentas Volčackis, pats būdamas dvasininkas, rūpinosi ne tik sienomis, bet ir bažnyčios išlaikymu. Jis sugebėjo sujungti dvasinį ir žemiškąjį rūpestį. Skulptoriaus Ignoto Gulmano sukurtos evangelistų skulptūros nebuvo tik puošmena; jos turėjo mokyti tikinčiuosius, kurie galbūt nemokėjo skaityti, apie keturis Evangelijos autorius.
Dar vienas mažai žinomas faktas yra tai, kad bažnyčios įkūrimas ir vėlesnis atstatymas vyko per sudėtingą politinį laikotarpį, kai Lietuva buvo Rusijos imperijos dalis. Nepaisant to, tikėjimas padėjo išlaikyti bendruomenės ryšį. Bažnyčios interjeras, dekoruotas Napoleono Ilakovičiaus, turėjo sukurti šventumo jausmą, nukreipiantį mintis nuo kasdienybės rūpesčių į amžinąsias vertybes. Tai buvo tikėjimo švyturys apylinkėms.