Spėjama, kad dar 1749 m. grafai Pliateriai galėję pasistatyti Dievo Motinos koplyčią. 1780 m. pastačius naujus dvaro rūmus ir juose įkūrus koplyčią, senoji tapo nereikalinga. Dvaro koplyčia Antazavėje minima 1782 m. Tačiau koplyčios aptarnavo tik dvarą, o valstiečiai lankydavosi Dusetų, Kriaunų ir Obelių bažnyčiose. Koplyčią retkarčiais aptarnaudavo Dusetų kunigai.
Tai, kad netolimoje Aleksandravėlėje buvo leista steigti parapiją ir statyti bažnyčią, priskiriant jai ir Antazavės dvarą su kaimais, ypač nepatiko grafienei, dvaro savininkei Kunigundai Valavičiūtei-Pliaterienei, kurios pastangomis 1789 m. spalio 22 d. popiežiaus nuncijus pripažino tiek Aleksandravėlės, tiek ir Antazavės parapines teises, o taip pat leido statyti Antazavės bažnyčią. Bažnyčia pastatyta 1794 m. Dvaras bažnyčiai paskyrė 3 dešimtinių žemės sklypą. Jame pastatyti ūkiniai pastatai, medinė klebonija.
1922 m. parceliuojant Antazavės dvaro sodybą bažnyčiai duota 37 ha žemės. 1939 m. remontuota šventoriaus mūrinė tvora. Tada panaikintos sunykusios Kryžiaus kelio stočių koplytėlės (statytos 1889 m.). Bažnyčios sienos 1941 m. suveržtos ir ištiesintos, įdėti nauji pilioriai, pakeistos supuvusios dalys. 1943 m. suremontuoti šventoriaus vartai.
1827 m. išmūryta šventoriaus tvora. Greičiausiai tuo metu pastatyta mūrinė varpinė. XIX a. viduryje parapijai priklausė 40 dešimtinių žemės. 1908–1911 m. veikė Lietuvių katalikų blaivybės ir „Saulės" draugijų skyriai.
1910 m. bažnyčia restauruota. Per Pirmąjį pasaulinį karą vokiečiai bažnyčioje įsirengė karinę ligoninę (pamaldos laikytos kapinių koplyčioje). Į Rusiją išvežti 4 varpai. Tarpukariu įsigytas 1 varpas.
