L'église actuelle remplace un précédent édifice datant probablement du XIIe siècle comme le faisait supposé son portail. La nef était flanquée de deux chapelles formant un faux transept et était fermée par un chevet à trois pans. Sur la façade était campé un clocher mur qui en 1868 n'existait plus mais devait ressembler à celui du village voisin de Lehaucourt. Les dimensions de cette église étaient assez réduites, 21 mètres de longueur, une largeur de 6 mètres pour la nef et 13 mètres pour les chapelles, la hauteur du plafond de la nef était d'environ 6 mètres.
Vers 1850, la population d'Estrées atteint 1152 habitants et l'église s'avère être trop petite. En 1868 est décidé la construction d'un nouvel édifice plus grand. Il est construit à l'emplacement même de l'ancien. Le nouvel édifice est l'œuvre de l'architecte A.M Dablin. Il le conçoit dans le style néo-gothique avec emploi de brique et pierre. Les travaux s'achèvent en 1869 et la consécration de l'édifice a lieu le 15 novembre 1869.
La guerre de 1870 n'endommage pas l'édifice, en revanche celle de 1914-1918 a bien failli lui être fatal. Le clocher de trente-cinq mètres est une cible rêvée pour les tirs d'artillerie. il est décapité, la toiture est trouée, les vitraux pulvérisés. Après la guerre, on panse les plaies, l'église doit attendre 1921 pour que les premiers travaux de restaurations commencent.
Le clocher est reconstruit mais sur un plan plus ambitieux, l'ancien clocher décapité faisait trente-cinq mètres de haut, le nouveau en fait quarante-cinq, il est à ce titre le plus haut clocher du canton. Il est plus haut mais moins travaillé, la corniche crénelé à la base de la flèche de l'ancien clocher n'est pas rétablie ce qui est aussi le cas des quatre clochetons à chaque angles de la flèche. En 1926, on s'occupe de restaurer le mobilier et on construit une nouvelle sacristie.
Vers 1990, les vitraux sont restaurés. En 2004, suite à l'état préoccupant de la flèche, des travaux de restaurations ont lieu, la flèche est refaite, les abat-sons aussi. Les travaux s'achèvent avec la pose d'un nouveau coq mais ils font disparaître les quatre lucarnes placées à mi-hauteur sur la flèche vers le nord, le sud, l'ouest et l'est. Une restauration des joints et de ravalement du clocher et de la façade a également eu lieu en même temps. En 2008, nouvelle phase de travaux, les façades méridionale et orientale sont reprises, leurs joints refaits. En 2011, on pose de nouvelles fenêtres à la sacristie.
