Pēc Dundagas pils uzcelšanas (13.gs. beigās) katoļu laikos tajā ierīkoja pils kapelu, ko vēlāk izmantoja vācu draudze. Kopš 1830.gada tā vairs nebija lietojama un 1872.gada ugunsgrēkā kopā ar pili nodega. Pili vēlāk atjaunoja, bet baznīciņu vairs ne. Tagad virs tās drupām uzlikts pagaidu jumtiņš, lai nepieļautu mūru tālāko bojāšanos.
Latviešu draudzes vajadzībām Āžu muižā, 5 km no Dundagas centra, kopš 17.gs. pastāvēja koka baznīca. Apmēram 100 gadu tā darbojās vienlaikus ar pils kapelu.
Tagadējo mūra baznīcu pabeidza celt 1766. gadā ar Dundagas pils īpašnieka firsta Kārļa Ostenzakena (1726.-1794.) gādību. Līdz 20.gadsimta 20.gadu sākumam tā kalpoja abām draudzēm - vācu un latviešu. Tā bija daudz plašāka un gaišāka par abām iepriekšējām.
1897.gadā agrākā torņa vietā uzbūvē tagadējo slaido torni. Baznīcai kopš 1935.gada piešķirts arhitektūras pieminekļa statuss. Pieminekļu valde no baznīcas izņem Ostenzakenu dzimtas muižnieku tēlus un pārved tos uz Rīgas muzeju, kas atrodas pie Doma baznīcas. Vasarā baznīcas iekšpusi izremontē un pārkrāso, krāsas pieskaņojot J. Rozentāla altārgleznai. Dundagas aizsargu organizācija sarūpē un pie baznīcas sienas pretī kancelei uz balta marmora postamenta uzstāda melna marmora piemiņas plāksni, kurā zeltītiem burtiem iekalti Latvijas atbrīvošanas cīņās un pasaules karā kritušo Dundagas draudzes dēlu vārdi.
1937.gadā sāk baznīcas žoga remontu. Tas ilgst līdz 1938. gada beigām. Akmens vaļņa vietā lika betona pamatu, betona stabus un koka daļas.
1988.gada jūnijā no baznīcas torņa noņem nolietojušos koka dēlīšus un torni apvelk ar skārdu.
Baznīcā atrodas Jaņa Rozentāla altārglezna "Lieldienu rīts" un 1859.gadā latviešu zemnieka Anša Dinsberģa būvētās ērģeles, kā arī Bībele (1689.) un Kārļa Ulmaņa 1936.gadā dāvātā viesu grāmata ar viņa ierakstu.
