Cesvainē pirmais dievnams celts vienā laikā ar virsbīskapa pili (1390.). Dokumentos 1417. gadā minēts, ka Cesvaines draudzē kalpojis mācītājs Johans Brakels.

Vēstures avotos sīkākas ziņas par Cesvaines baznīcām ir atrodamas ar 1647. gadu. 1649. gadā baznīcas ģenerālkomisija atļauj Cesvaines draudzei celt jaunu koka baznīcu. Šī baznīca darbojas līdz 1758. gadam, kad cieš no vētras postījumiem.

Jaunas mūra baznīcas celšanai valdība no savas puses deva 900 dālderu. Darbu iesāk 1761. gadā. 1763. gadā, kad baznīcas būvniecība ir gandrīz pabeigta, pēkšņi ugunsgrēkā cieš visas baznīcas koka daļas, bet drīz pēc tam tiek atjaunota un 1765. gadā meistars Herberts uzliek jumta tornim gaili. Šī vecā baznīca tiek iesvētīta 1765. gada 1. adventā. Baznīcas garums 16 asis, platums 6 asis. Vecās baznīcas iekšējo izskatu var iedomāties pēc noslēgtā līguma ar krāsotāju Jēkabu Balki. Baznīcas un kora griesti jākrāso zili; velves vidū jābūt visuredzošai Dieva acij. Altārī pār galdu Balkem gleznojams sv. Vakariņš, augstāk Kristus krustā sišana. 1847. gadā altārī novietoja mācītāja Mīteļa dāvātu nezināma meistara gleznu, kas attēlo Kristus augšāmcelšanos. Šī glezna glabājas arhīvā. Pēdējais dievkalpojums šinī baznīcā noturēts 1875. gada jūlijā.

1869. gada augustā konvents nolēma veco baznīcu vairs nelabot, jo tā draudzei par mazu, bet krāt līdzekļus jaunas, plašākas baznīcas celšanai. 1874. gadā, kad baznīcas fondā jau bija 12000 rubļu, nolēma izsludināt būvplānu konkurenci, par derīgāko maksājot 500 rubļus. Plānu izstrādājot, baznīcā jāparedz vieta 2500 – 3000 cilvēkiem. No iesūtītajiem projektiem par labāko atzina Liepājas pilsētas arhitekta Maksa Paula Berči plānu. Vienojās par jaunas baznīcas celšanu tajā pašā vietā.

Pārejas laika dievkalpojumiem 1876. gadā mācītājmuižā uzcēla 14 asis garu un 7 asis platu koka pagaidus baznīcu, kas kalpoja vairāk kā 3 gadus Cesvaines draudzei. Pēdējie dievvārdi tur noturēti 1879. gada 23. novembrī.

1875. gadā konvents jaunās baznīcas celšanu uzdeva arhitektam Paulam Berči un 1876. gada 28. maijā tiek ielikts jaunās mūra baznīcas pamatakmens. Triju gadu laikā pēc Liepājas arhitekta Maksa Paula Berči (1840 – 1911) projekta, par Cesvaines muižas īpašnieka Ādolfa Gerharda Borisa Emīla fon Vulfa (1857 – 1904) un baznīcas patronu un finansētāju – Jaunkalsnavas un Grašu muižas īpašnieka Heinriha fon Kālena un Vidzemes landrāta Jakoba fon Klota līdzekļiem uzcelta baznīca, kura pēc arhitekta Berči aprēķiniem izmaksāja 100000 rubļu. Jauncelto dievnamu ar 1500 sēdvietām 1879. gada 14. novembrī iesvēta Cēsu apriņķa prāvests Rihards Fogels un Jaunpiebalgas mācītājs Emīls Kēlbrants. No šķeltiem laukakmeņiem un sarkaniem ķieģeļiem celtā baznīca ir viens no spilgtākajiem Vidzemes sakrālās arhitektūras „laukakmens neogotikas” stila paraugiem, kas izceļas ar iespaidīgajām būvformām un fasāžu augstvērtīgu apdari.

Tās būvapjomu veido draudzes telpa ar trim garenjomiem un šķērsjomu, altāra sešstūra apsīda un iebūvēts tornis ar augstu astoņstūra smaili. Celtnes mūra stiprību nodrošina garenfasāžu un torņa kontrforsi. Īpašu šarmu tornim piešķir arkbutāni – Latvijas sakrālo celtņu arhitektūrā ļoti reti lietota konstrukcija. Draudzes telpas, šķērsjomu zelmiņus un ieejas portālus grezno tornīši. Draudzes telpu trīs jomos dala četri profilēti mūra pīlāri un astoņas čuguna kolonnas uz augstiem cokoliem. Garenjoma un šķērsjoma krustojumā – krusta velve, pārējās velves – cilindriska tipa, ar profilētām šķīrējarkām. Greznajā interjerā īpašu uzmanību pievērš gotiskie logi, ko rotā vitrāžas un masverki to augšdaļā. Altāra rentablā vietu ieņēma mācītāja K.V. Mīteļa dāvinātā Berlīnes mākslinieka Paula Hedlera glezna „Kristus augšāmcelšanās”. To nomainīja glezna smailkoka arkā – „Kristus”. 1924. gadā ozolkoka neogotiskā altāra centrā tika ievietota gleznotāja, vitrāžista, pedagoga un mākslas kritiķa Jēkaba Bīnes (1895 – 1955) altārglezna „Kristus pie krusta”, kuras saturs ņemts no Jāņa evaņģēlija 19.30, malās Bībeles teksts. 1933. gadā triptiha centrālajai daļai – Jēkaba Bīnes gleznai tika pievienotas Cesvaines un Madonas ģimnāzijas zīmēšanas un mākslas vēstures skolotāja, gleznotāja Ervina volfeila (1900 – 1991) gleznas: kreisajā pusē – „Ganu pielūgšana”, labajā – „Kristus augšāmcelšanās”. 1879. gadā sāk skanēt ērģeļbūvētāja Fridriha Ladegasta (1818 – 1905) būvētās ērģeles, kuras 1929. gadā paplašināja ērģeļmeistars Jēkabs Jauģiets (1874 – 1968). Ērģeļu prospektu projektēja baznīcas projekta autors – Makss Pauls Berči. Baznīcas trīs zvani izgatavoti no tērauda Vācijā, Bohumā. Tiem katram savs tonis As, C, Es, kopīgā skanējumā veidojot akordu.1929. gadā profesora arhitekta P. Kundziņa vadībā dekorators un daiļkrāsotāju amata meistars Ēlerts Treilons (1899 -1961) veica iekštelpu dekoratīvās krāsošanas darbus. 1964. gada 29. martā baznīcā notika pēdējais dievkalpojums. Draudze ir spiesta atstāt savu dievnamu, jo nespēj nomaksāt tā laika vietējās varas augstos nodokļus.

1978. gadā arhitekte Maija Elizabete Meņģele izstrādāja baznīcas rekonstrukcijas projektu tās izmantošanai par tradīciju namu. Tiek izveidota amatnieku grupa, atjaunota baznīcas jumta daļa, logu vitrāžas, veikti iekštelpu restaurācijas darbi.

1989. gadā draudze atgūst savu īpašumu un 1990. gada 25. augustā notika pirmais dievkalpojums, kuru vadīja arhibīskaps Kārlis Gailītis. 1994. gadā tika pabeigti altāra un kanceles būvdarbi.

1996. gadā draudze saņem dāvinājumu – Rīgas Sv. Jāņa baznīcas vēsturiskās 1854. gadā Erfurtes ērģeļmeistara Augusta Martina (1808 – 1891) būvētās ērģeles. Tālāk seko neatlaidīgs ērģeļu atjaunošanas un restaurācijas darbs, ko veic ērģeļbūvētājs Alvis Melbārdis. Ērģeļu atjaunošanas projektu vada un par finanšu piesaisti domā draudzes ērģelniece Daiga Matroze. Pateicoties vairākkārtējam Kultūrkapitāla fonda atbalstam, Valsts kultūras pieminekļu inspekcijas atbalstam, privātu ziedotāju atbalstam ērģeļu atjaunošanai, 2002. gada 17. augustā Cesvaines ev. lut. baznīcā, pēc 38 gadu starplaika, ieskanējās vēsturiskais klasiskā stila instruments. Dievkalpojumā, kuru vadīja Latvijas ev. luteriskās baznīcas arhibīskaps Jānis Vanags, tika dota Dieva svētība un sargāšana mūsu ērģelēm.

Ar Cesvaines novada domes un represēto biedrības atbalstu 2003. gada 25. martā baznīcas dārzā tika atklāta un iesvētīta komunistiskā genocīda upuru piemiņas vieta, kuras centrā ir tēlnieka Bērtuļa Bula darinātais piemineklis.

Brīvības cīņās kritušo Cesvaines un tās apkārtnes iedzīvotāju piemiņai 2004. gadā baznīcā tika atjaunota un iesvētīta piemiņas vieta ar rakstnieka Augusta Saulieša veltījumu dzejā. Darbu veica Juris Neimanis.

Pateicoties atbalstītajam projektam „sakrālā tūrisma infrastruktūras attīstība”, 2005. gadā tika izgatavoti baznīcas soli to sākotnējā izskatā galdniecības darbnīcā Ingus Ērgļa vadībā.

2010. gadā tika veikta baznīcas sakristejas telpu renovācija, lai dievkalpojumi aukstajā ziemas laikā varētu notikt siltās telpās. 2011. gada aprīlī arhibīskaps Jānis Vanags iesvēta šo telpu un altāra galdu.