Pirmąją medinę bažnyčią Dūkšto dvare (dabar Dūkštelių kaimas) apie 1601 m. pastatė dvaro savininkai Rudaminos. Ji 1674 m. atstatyta. Dūkšte 1729–1773 m. veikė jėzuitų misija. Nuo 1901 m. zakristijonu dirbo (apie 40 metų) generolo Stasio Raštikio tėvas Bernardas Raštikis. Jis išdažė ir sutvarkė bažnyčią, platino lietuvišką spaudą.

1910–1914 m. veikė Lietuvių katalikų blaivybės draugijos skyrius. 1925 m. įkurta parapija. Lenkijos okupacijos metais klebonas Konstantinas Šimašis (Dūkšte iki 1927 m.) steigė Šv. Kazimiero draugijos skyrius, mokyklas, bibliotekas. Dūkšte 1927–1937 m. klebonavęs Zenonas Butkevičius bažnyčią suremontavo (sustiprintos sienos, pakeisti balkiai, perdengtas stogas, bažnyčia išdažyta), įvesta elektra. Dailininkas Petras Sergejevičius nutapė paveikslų. Nuo 1937 m. klebonavęs Juozas Vaičiūnas (1894–1962) plėtojo lietuvių kultūrinę veiklą, atnaujino bažnyčią, tačiau ji 1956 m. sudegė.

1934–1936 m. pastatyta dabartinė medinė bažnyčia. Ją dar neužbaigtą 1935 m. gegužės 29 d. konsekravo arkivyskupas Romualdas Jalbžikovskis. Ji, sudegus Senojo Dūkšto (Dūkštelių) bažnyčiai, 1956 m. tapo jungtinės Dūkšto parapijos bažnyčia.