La première mention dans les sources conservées de l'église de Pontlieue date de 1372 dans la Charte latine de l'official du Mans. Elle est évoquée pour des droits de propriétés.

Les édifices structurants du bourg de Pontlieue avant la Révolution se situent sur la rive droite de l'Huisne, au sortir des deux ponts et de part et d'autre de la rue qui mène au Mans. La mairie à l'ouest, l'église et le presbytère à l'est dominaient ce passage stratégique régulièrement inondé par les crues de la rivière. Des descriptions du bâtiment dans les devis estimatifs rédigés entre 1779 et 1789 pour sa réfection et son agrandissement, permettent d'en appréhender la structure. L'église est vendue comme bien national en 1793. La famille Bérard qui détient une blanchisserie voisine s'en porte acquéreuse mais la restitue à la municipalité quelques années plus tard. La vétusté et l'exiguïté du lieu de culte entraînent sa démolition et sa reconstruction en 1827, soutenues financièrement par madame Bérard. Les plans sont confiés à l'architecte Pierre-Félix Delarue tout juste nommé architecte départemental de la Sarthe. Cependant, le décès de la mécène engendre la suspension des travaux. En 1832, seul la nef est achevée. En 1845, les bas-côtés sont achevés. Cette même année Thomas Cauvin écrit que "l'église étant trop petite et en mauvais état, les paroissiens en ont commencé une dans le goût moderne". Le chœur et le clocher, qui n'était pas prévu initialement, ne sont terminés qu'en 1848. Durant les travaux, en 1843, les reliques de saint Bérard de Pontlieue, évêque du diocèse du Mans (654-679) sont découvertes sous l'ancien maitre autel de l'église.

L'édifice est quasiment similaire à la proposition faite par l'architecte départemental quelques années plus tard pour la construction de l'église Notre-Dame-de-Sainte-Croix, qui revient finalement à l'abbé Tournesac.