Zviedru Vidzemes laikā 1654. gadā Burtnieku baznīca ugunsgrēkā nodega, 1669. gadā atjaunota. 1683. gadā uzsāka jaunas gotiskas mūra baznīcas celšanu tagadējā tās atrašanās vietā. Saglabājusies 1684. gadā izgatavotā kancele, ko rotā piecu evaņģēlistu tēlu gleznojumi. 1691. gadā baznīcā uzstādīts jauns altāris.
Pēc Lielā Ziemeļu kara beigām par Burtnieku mācītāju kalpoja J. B. Fišers. 1746. gadā nodega blakus baznīcai esošā Burtnieku mācītājmuiža un bojā gāja visas vecās baznīcas grāmatas. Draudzes mācītājs no 1769. līdz 1816. gadam bija J. H. Guleke. 1779. gadā iesvētīja jaunas ērģeles, 1780. gadā draudze nopirka sudraba biķeri un dievmaizīšu trauku. 1805. gadā tika atjaunots baznīcas tornis, 1810. gadā ieviesa jauno latviešu dziesmu grāmatu.
No 1817. gada Burtnieku draudzes mācītājs bija V. F. Parots (Tērbatas Universitātes rektora G. F. Parota dēls), pēc viņa T. L. Girgensons. 1863. gadā tornī iespēra zibens un tas nodega, 1866. gadā uzcelts par jaunu.[1]
1867. gadā baznīcā uzstādīja Saksijas meistara Frīdriha Lādegasta ērģeles. 1934. gadā pie Burtnieku baznīcas iestādīja Varoņu birzi, kurā 1937. gadā atklāja Nikolaja Maulica darināto pieminekli Pasaules karā un Latvijas Brīvības cīņās kritušajiem Burtnieku draudzes locekļiem.[2]
Latvijas PSR laikā 1962. gadā Burtnieku baznīcu atsavināja draudzei nolūkā tur ierīkot koncertzāli, pazuda altāra gleznas, daļēji gāja bojā baznīcas interjers. 1981. gadā Burtnieku baznīcā Kultūras ministrijas Restaurācijas pārvalde uzsāka izpētes darbus. Tika pieņemts lēmums izveidot baznīcu par Rundāles muzeja filiāli un tajā izvietot reliģiskās glezniecības ekspozīciju.[3]
Draudze atjaunojās Atmodas kustības laikā 1988. gadā, no 1988. līdz 1993. gadam veica baznīcas restaurāciju. Kopš 1992. gada baznīca ir draudzes īpašums. 2007. gadā izgatavotas vēsturisko altārgleznu kopijas (mākslinieks A. Začests).[4]
