Pirmā koka baznīca Vietalvā celta 1731. - 1732. gadā. Pie tagadējās mūra baznīcas vietalvieši tika 1817. gadā. Par šīs baznīcas celšanu Vietalvas un Kalsnavas draudžu hronikā atrodamas šādas ziņas:” Jau 1805. gadā nolēma mazās koka baznīciņas vietā celt lielāku mūra baznīcu, bet franču kari piespieda ar šī lēmuma izvešanu vilcināties. Tikai 1814. gada 10. aprīlī varēja noslēgt līgumu ar namdari Fr. Sīgeli, kas par 5666 rubļiem triju gadu laikā apņēmās uzcelt 20 asis garu un 8 asis platu mūra baznīcu. Meistarus un strādniekus deva namdaris, materiālus - muižnieki. Tā kā naudas līdzekļi apsīka, tad draudze gadskārtīgi maksāja 1 rubli un 10 kapeikas no “Achtler”, līdz kamēr parāds nolīdzināts. Tajā pat laikā ērģeļu meistars Tāls cēla ērģeles par 550 rubļiem, kādam nolūkam Odzienas un Vietalvas muižas deva katra pa 220 rubļiem, bet Sausnējas muiža – 110. Muižas deva naudā arī baznīcas celtnei katra 130 rubļus. Par veco koka ēku, kuru vairāksolīšanā pārdeva, ienāca 86 rubļi un 50 kapeikas.”
Arhitektūras ziņā baznīca bija vairāku stilu sajaukums- baznīcas apdarē izmantoti klasicisma, baroka, gotikas stilu elementi. Ievērojams meistardarbs bija baznīcas ērģeļu kokgriezumi.
Otrā pasaules kara laikā baznīca tika nopostīta, iznīcināts tornis, tika sašautas sienas un jumts. Pēckara gados tika ierīkots kara muzejs. 1984. gadā izstrādāts atjaunošanas projekts. Vietalvas Vissvētākās Jaunavas Marijas evanģēliski luteriskā draudze baznīcu atguva deviņdesmito gadu sākumā, tika atsākta dievkalpojumu noturēšanu.