A MÉM-MDK elődintézményeiben megkezdett, jelenleg is folyó tállyai műemléki topográfiai kutatásaink során több mint nyolcvan épület, objektum birtok- és építéstörténetét dolgoztuk fel. Ezek közül mind történeti, mind művészettörténeti szempontból a legjelentősebb a település római katolikus temploma. A 14. században már állt plébániatemplom Tállyán, ami a protestantizálódó mezővárosban a 16. század közepén lett reformátussá. Egészen II. Rákóczi György özvegye, Báthory Zsófia rekatolizálásáig (1661) protestáns főurak bírták a sárospatak-regéci uradalmat, amelynek egyik legjelentősebb települése volt a mezőváros. A középkori templomot, amelynek a déli homlokzaton feltárt három ablakát az 1981-es felújítás alkalmával láthatóvá tették, a 17. század közepén építették át. Bár a déli előcsarnokból a hajóba vezető kapun jelenleg a katolikus visszafoglalás utáni, 1712-es évszám olvasható, a kapu kora barokk formái és a timpanonban elhelyezett tábla szövege – a 84. zsoltár 11. verse, Károlyi Gáspár fordításában – alapján biztos, hogy ez is a 17. századi református építkezés idején készült. Kutatásainkból az is kiderült, hogy a magyarországi emlékanyagban kiemelkedő színvonalú építményt az 1651-1663 között épült, kassai, első református templom déli kapujának mintájára, feltehetően kassai mesterek építették. Az átépített templomot a katolikusok először 1671-ben, majd néhány évnyi újabb református birtoklás után 1687-1688-ban újra visszafoglalták. Az ezutáni források a templomot torony-hajó-szentély-sekrestyéből álló, boltozott, középoszlop-soros épületnek írják le, kétoldalt fa karzattal.
A katolikus liturgiához a templomhajó középoszlopsoros elrendezése nem volt megfelelő, mivel az oszlopok takarták a szentmisét a szentélyben, az oltárnál bemutató papot. Emiatt az egyházközség már 1700-ban elhatározta, hogy lebontatja az oszlopokat és a boltozatokat, és újakat építtet. A végül 1714-ben elkezdett építkezés nehezen haladt: 1747-re még csak a szentély feletti boltozat készült el, a hajó felett ideiglenes fatető volt. Az építési munkákat - a ránk maradt tervhez képest csökkentett programmal - 1753-ban sikerült befejezni. Valószínűleg ebben az időszakban épült a bejárati előcsarnok is, mely utólagos mind a toronyhoz, mind a hajóba vezető kapuhoz képest, valamint a nyugati homlokzat 1874-ban két helyiségessé, emeletessé bővített toldalékának egy helyiséges, földszintes elődje.
A főoltárt a kegyúr, Trauthson herceg állíttatta 1757-ben, a mellékoltárok legkésőbb 1769-re készültek el. A Szent Vencel-mellékoltárt a tállyai Fáklyás Társulat állíttatta, 1765 körülre datált oltárképét Franz Anton Maulbertsch festette. A többi mellékoltár közül egyelőre csak a Mária-oltárra van adat: 1814-ben kapott új oltárképet.
Az 1810. szeptemberi, a városban nagy kárt okozó tűzvész elkerülte mind a templomot, mind a plébániai épületeket. Nem úgy az 1861 augusztusi: a lángok megrongálták a templomot és tornyát, megsemmisítették a harangokat. Bár az ekkor már Breczenheim-kézen lévő uradalom mint kegyuraság vállalta a templom külsejének és a toronynak az újjáépítését, a költségmegosztás mikéntje éveken át vita tárgya volt, minek következtében a helyreállítás egészen 1882 végéig elhúzódott.
A helyreállítás azonban nem oldotta meg a templom régebb óta fennálló és a tűzvész pusztításának következtében tovább súlyosbodó statikai problémáit. Az első világháború miatt nem tudták kivitelezni a Műemlékek Országos Bizottságának másodépítésze, Sztehlo Ottó által 1911-1913 között a templom helyreállítására és bővítésére készített terveit. A boltozat immár elodázhatatlan cseréjére végül Láczay Fritz Oszkár 1928-ban készült tervei alapján 1931-ben került sor. Rabicszerkezetből, azonos formában építették újjá a templom hajójának és szentélyének boltozatait és a diadalívet, helyreállították és megerősítették a kimozdult, megrepedt falszakaszokat, áthelyezték a karzatfeljárót és felújították a templombelsőt. Néhány év múlva, még az 1930-as években javították a tetőt, felújították a toronysisakot, restaurálták a faberendezést. Végül 1940-ben tatarozták a külső homlokzatokat és megépült a sekrestye előtere.
