Первая деревянная церковь в селе была построена в 1703 году.
По обветшанию в 1722 году получено было благословение Преосвященного Алексея, Архиепископа Вятского и Великопермского «Хлыновского уезда, Филипповой слободки, Архангельской волости, Ухтымского погоста, Екатерининской церкви священником Георгием Вылегжаниным выстроить трудами и средствами прихожан вместо первой деревянной церкви новую деревянную же церковь во имя той же Великомученицы Екатерины».
В 1766 году было дано разрешение на постройку каменной церкви. Результатом этой стройки явился редкостный для сельской местности архитектурный памятник — пятиглавая церковь и колокольня.
Строительством церкви руководили хлыновские мастера каменных дел Яков Братухин и Исаак Масальский. Ухтымские умельцы сами делали особо прочный кирпич (в течение 4 лет — 520 тысяч штук). А деньги на строительство собирались по подписным листам.
Летом 1767 года началась кладка стен, а к 1772 году уже подходила к концу. По тем временам здание было построено очень быстро. В том же году оно было покрыто тесом и побелено.
Здание церкви состояло из двух приделов: Екатерининского, который приступил к службе в 1774 году и Покровского — главной купольной части, которая строилась до 1777 года. Внутреннюю отделку выполнил Иван Перминов.
Постройка колокольни была завершена в 1849 году. В полной архитектурной красе Ухтымская церковь встала только с середины XIX века, с пятью главами, церковью и колокольней, звон 311-пудового колокола далеко разносился по окрестности.
Новшеством для сельской местности было отбивание колоколом времени через каждый час.
Настоятелем церкви долгое время служил священник Василий Чемоданов, человек с сильным характером, большой любитель музыки и пения. Являлся членом Вятского статистического общества, первым дал описание заселения русскими Ухтымской волости. Знал юриспруденцию.
Известно, что Чемоданов имел большую семью и отличался строгостью в воспитании детей.
Старшая дочь Чемодановых, Лариса, родилась в Ухтыме в 1856 году. Образование получила в Вятском епархиальном училище, здесь вступила в общество народников. Узнав о вольнодумстве дочери, отец подверг её строгому режиму. Чтобы получить свободу, Лариса вышла замуж за поэта-народника Сергея Силыча Синегуба, заключив фиктивный брак. Это им посвящён кинофильм «Нас венчали не в церкви». В 1878 году Лариса с мужем добровольно последовала на каторгу. Все дальнейшие годы она провела в Сибири, прожив долгую жизнь, имея четверых детей.
Третья дочь Чемодановых, Серафима, стала основательницей Ухтымской библиотеки.
В 30-е годы ХХ века в порыве борьбы с религией была разрушена колокольня, а в 1935-1936 годы началось разрушение основного церковного здания. Окончательно храм был закрыт в 1937 году.
Но церковные фрески, не смотря ни на что, до сих пор видны.