Bikuškio dvare XVIII a. antrojoje pusėje buvo koplyčia, kurioje 1782 m. leista laikyti pamaldas. 1788 m. pradėtos rašyti metrikų knygos. Apie 1800 m. koplyčia sudegė. Sudeikiuose 1806 m. pastatyta laikina bažnyčia. Jai dovanoti 2 valakai žemės. XIX a. pradžioje veikė parapinė mokykla.

1825 m. pastatyta dabartine mūrinė bažnyčia. 1917 m. abiejuose stogo galuose uždėti mediniai bokšteliai su kryžiais. 1920–1921 m. Sudeikiuose klebonavo rašytojas Juozas Šnapštys-Margalis (1877–1921), palaidotas šventoriuje. Klebonas Juozas Savukaitis 1933 m. išdažė ir atnaujino bažnyčią. 1944 m. gerokai sužalota. Vėliau suremontuota, iki 1955 m. uždėtas barokiškas frontonas.
Bažnyčia klasicistinė, stačiakampio plano (25x13 m), bebokštė. Turi 3 altorius. Šventoriuje yra medinė varpinė, palaidoti 7 klebonai ir 2 fundatoriai. Šventoriaus tvora akmenų mūro.