Medinė bažnyčia Dusetose pastatyta iki 1519 m. J. Radvila 1530 m. Dusetų parapijai dovanojo turto. Klebonas turėjo išlaikyti mokyklą, kurią Radvilos buvo įsteigę iki 1530 metų (XVII amžiuje pastatyta nauja, didesnė mokykla). 1774 m. Dusetų dvaro valdytojas, grafas J. L. Pliateris ją perstatė. Pastatas buvo medinis, kertuotas, su dviem aukštais bokštais. Viduje buvo įrengti 6 altoriai, kurie vėliau papuošti gausiomis dusetiškio L. Gogelio darbo medžio skulptūromis. Tuo pačiu metu pastatyta barokinė mūrinė keturių aukštų varpinė, kurios pirmame aukšte buvo įrengta šv. Kryžiaus koplyčia su altoriumi (varpinė įtraukta į saugotinų paminklų registrą), 1885–1886 m. virtusi bažnytėle. Dabartinė mūrinė bažnyčia statyta 1886–1888 m. klebono A. Rumševičiaus pastangomis. Pastatas neoromantiško stiliaus, su eklektiškais nukrypimais. Viduje trys navos su skliautais, trys plytiniai altoriai. Juose yra dalis senųjų L. Gogelio skulptūrų. 1930 m. bažnyčią dekoravo V. Čižauskas iš Šiaulių. Dusetų bažnyčioje yra vienas istorinis (vargonai) ir penki dailės paminklai: centrinis altorius, sakykla, du kilnojamieji altorėliai ir paveikslas „Marija su kūdikiu“. Vargonai buvo įrengti XIX amžiaus pabaigoje. Meistras nežinomas. Medinis centrinis altorius, įrengtas XIX amžiaus 2-oje pusėje, turi pereinamųjų iš baroko į klasicizmą stiliaus bruožų. Paveikslas „Marija su kūdikiu“ nutapytas aliejiniais dažais ant drobės, užklijuotos ant medžio, su kalstyto metalo aptaisais, kurie dengia drabužius ir foną. Aptaisai sukurti XVIII amžiaus pirmoje pusėje ir yra nevienalaikiai su tapytu kūriniu. 1746 m. grafai Pliateriai padovanojo juos Dusetų bažnyčiai.