Im Jahr 1896 wurde Dorchheim zur Pfarrvikarie, zusammen mit den Orten Mühlbach und Waldmannshausen (heute Elbgrund) sowie Hangenmeilingen und Heuchelheim, die vorher zum Kirchspiel Niederzeuzheim gehörten. Damit wurde ein Kirchenneubau unumgänglich, zumal die alte St.-Nikolaus-Kirche am Friedhof schon lange zu klein war.
Im Jahr 1903 wurde in Dorchheim ein neues Pfarrhaus errichtet. Auf Betreiben des damaligen Seelsorgers, Expositus Jakob Trees, wurden im Winter 1904/05 Planungen für ein neues Gotteshaus durchgeführt und im März 1905 begannen die Ausschachtarbeiten. An einem Sonntag gegen Pfingsten des gleichen Jahres fand die Grundsteinlegung statt. Unter Leitung der Architekten Dormann und Leukart aus Wiesbaden schritt der Bau anschließend so zügig voran, dass man zunächst für Herbst 1906 die Einweihung plante, die sich dann jedoch bis zum Patronatstag der alten St.-Nikolaus-Kirche verzögerte. So wurde die neue Kirche am 6.12.1906 durch Bischof Dominikus Willi feierlich eingeweiht.
Zur Finanzierung des Bauwerks ließ Expositus Trees schon vor Baubeginn die Schulkinder Bettelbriefe schreiben, um Spenden zu sammeln. Innerhalb von sechs Jahren wurden auf diese Weise einige Tausend handgeschriebene Briefe verschickt. Ein Kirchenbauverein wurde gegründet, der Mitglieder in allen der zugehörigen Orte hatte. Desgleichen wirkten viele fleißige Helfer Tag für Tag beim Bau mit. Die Bauern der einzelnen Ortschaften unternahmen mit ihren Fuhrwerken zahlreiche Fahrten, um Baumaterialien herbeizuschaffen.
Neuanschaffungen wurden auch in den Folgejahren immer wieder durch private Spenden ermöglicht, z.B. 1907 ein Harmonium und eine geschnitzte Kommunionbank. Im Herbst 1908 wurde eine gebrauchte Orgel aus Niedergirmes bei Wetzlar angeschafft. 1911 erhielt die Kirche eine Kanzel. Im Januar 1912 wurde ein Mutter-Gottes-Altar errichtet. Sowohl die Kanzel als auch der Altar stammten von Bildhauer Schnitzler aus Bornheim. Zu Ostern 1912 war der Flügelaltar im Chor der Kirche fertiggestellt. Die Originale der beiden Bilder auf der Rückseite der Flügeltüren hängen im Landesmuseum Stuttgart. 1934 wurde die Orgel repariert und neue Pfeifen eingebaut.
Am 1. Oktober 1944 wurde aus der Pfarrvikarie Dorchheim eine eigenständige Pfarrgemeinde. Am 25.01.1948 fasste der Kirchenvorstand den Beschluss, die Kirche nach über 40 Jahren mit einem neuen Anstrich zu versehen. Im Inneren der Kirche wurden die Elektroleitungen unter Putz gelegt; Lichtleitungen wurden zu den Seitenaltären und an die Kanzel geführt. Im März 1949 erhielt die Orgel ein elektrisches Gebläse und im Dezember 1953 wurde in der Kirche eine Heizung installiert. Im August 1954 wurde eine 1905 in Montabaur eingebaute Orgel generalüberholt und in die Pfarrkirche übernommen. Drei neue Glocken wurden erworben und am 16.11.1956 fand die Glockenweihe statt. Im Rahmen einer Dachsanierung in den 1970er Jahren wurde ein Dachreiter abgerissen.
Im August 1974 erhielt die Kirche eine Warmluftheizung. 1975/76 wurden Fußboden und Innenanstrich erneuert. Dabei wurden auch Umbauten vorgenommen: Die frühere Kanzel bildet nun den Fuß des Tischaltars und aus den Flügeltüren der Kommunionbank wurde der Ambo gefertigt. Im November 1980 wurde eine neue Orgel eingebaut. Von Herbst 1986 bis Sommer 1988 fanden Arbeiten zur Außeninstandsetzung der Kirche statt, die das Bistum mit 200.000,- DM bezuschusste. 1993 wurde die Kirchturmuhr gestiftet. Im Dezember 2013 wurde die Orgel einer umfangreichen Renovierung und Komplettreinigung unterzogen.
Ende 2014 entseht ein Schwelbrandt in der Kirche. Sie wird innen durch die Rauchentwicklung stark beschädigt. Nach einer kompletten Innensanierung erstrahlt sie nun im Inneren in neuem Glanz. 2017 wurde der Kirchenvorplatz neu gestaltet und eine Außensanierung ist für die kommenden Jahre geplant.
