1768 m. pastatyta nauja medinė bažnyčia. Jai 1820 m. priklausė Baltmiškio kaimas. 1841 m. parapijai priklausė 12 valakų ir 18 margų žemės. Lioliuose gyveno 2 kunigai (klebonas gaudavo 160 rb per metus). Bažnyčia 1851 m. restauruota, pastatytas bokštas. Ji buvo remontuota ir 1907–1909 m. (rūpinosi klebonas Aleksandras Požėla).
Bažnyčia kryžminio plano, su trisiene apside, aukštu bokštu ant navos ir transepto kryžmos. Ant stogo galų yra bokšteliai. Vidus 3 navų, atskirtų 4 kolonomis. Šventoriuje stovi varpinė (apačia akmenų mūro, viršus – medinis).
Kartu su Liolių koplyčia sudaro ansamblį – architektūros paminklą.