Ostheim wurde 850 n. Chr. zum ersten Mal schriftlich erwähnt. Archäologische Funde bestätigen allerdings, dass bereits vor 100 000 Jahren Menschen diesen Ort besiedelten. Vermutlich zwischen dem 5. und 6. Jahrhundert n. Chr. dürfte hier die erste christliche Gemeinde entstanden sein.
Die Kirche wurde vermutlich auf dem Grund einer altgermanischen Kultstätte erbaut. Sie entstand um 1250 in gotischem Stil mit sorgfältiger Quadermauertechnik aus Sand- und Kalkstein. Von einem Vorgängerbau, den es sicherlich gegeben hat, ist aber nichts näheres bekannt. Auch über die Erbauung selbst gibt es keine Urkunde. Die Datierung erfolgt aufgrund des Kunststils der erhaltenen Fresken, die in den Erstverputz eingebracht worden sind.
Im Dreißigjährigen Krieg wurde Ostheim 1634/35 völlig zerstört, die Kirche schwer beschädigt. Erst 1663 konnte die dezimierte und verarmte Bevölkerung an den Wiederaufbau des Gotteshauses – nun im Barockstil – gehen. Kirchturm und Dachwerk wurden 1737/38 völlig erneuert.
Der gegenwärtige schlichte Innenzustand geht auf eine Neugestaltung von 1968 bis 69 zurück, in der auch erst die Fresken wieder hinter dem alten Putz aufgefunden wurden.