Przyjmuje się, choć brak tu pełnej pewności źródłowej, że początki parafii sięgają XIV wieku i są nierozerwalnie związane z kształtowaniem się samej osady, znanej w dawnych dokumentach także jako Bychawa Minor. Już wówczas miejscowość rozwijała się w malowniczej dolinie rzeki Kosarzewki, która w przeszłości nosiła różne nazwy, m.in. Koza, Samica czy Bychawka.

Od XIV do XVI wieku wieś stanowiła jedną całość i pozostawała własnością jednej rodziny. Prawdopodobnie jej przedstawiciel, Eliasz, ufundował około 1332 roku pierwszy kościół parafialny. Jego dokładne położenie nie jest znane, jednak można przypuszczać, że znajdował się bliżej rzeki niż obecna świątynia. Najpewniej był to budynek murowany. O jego fundatorach, budowniczych i pierwszych parafianach zachowały się jedynie szczątkowe informacje, pozbawione szerszego kontekstu historycznego.

Z biegiem czasu pierwotny kościół uległ zniszczeniu i został zastąpiony świątynią drewnianą. Od końca XVI wieku parafia obejmowała już nie jedną, lecz trzy wydzielone części dawnej wsi, oznaczane literami A, B i C. Do kościoła przybywali również właściciele okolicznych majątków oraz miejscowi włościanie. Największa część Bychawek, oznaczona literą B, przez wiele pokoleń należała do rodu Bychawskich, którzy byli jednymi z głównych dobroczyńców parafii. Istotne zasługi mieli także Gruszeccy, których epitafia zachowały się w dzisiejszym kościele parafialnym.

Pod koniec XVIII wieku drewniany kościół znajdował się w tak złym stanie technicznym, że zakazano korzystania z niego z obawy przed zawaleniem. Wówczas zrodziła się inicjatywa budowy nowej świątyni murowanej, wspierana przez okoliczne ziemiaństwo, w tym szczególnie rodzinę Gruszeckich. Pamiątką po ich zaangażowaniu są najstarsze epitafia w kościele, poświęcone Ignacemu i Kasprowi Gruszeckim. Pierwszy etap budowy nowej świątyni zakończono w 1816 roku, a w tym samym czasie założono nowy cmentarz parafialny, funkcjonujący do dziś.

Historia parafii nie była jednak wolna od dramatycznych wydarzeń. Dwa pożary, które wybuchły w 1816 i 1834 roku, spowodowały ogromne straty. Zniszczeniu uległy m.in. organistówka, spichlerze, browar oraz drewniana plebania wraz z cennymi aktami parafialnymi. W kolejnych latach sytuacja parafii uległa znacznemu pogorszeniu: proboszcz zmuszony był mieszkać u parafian, cmentarz pozostawał nieogrodzony, a życie religijne i moralne ulegało osłabieniu.

Przełom nastąpił wraz z przybyciem ks. Walentego Baranowskiego, późniejszego biskupa lubelskiego. Okazał się on nie tylko sprawnym duszpasterzem, lecz także wybitnym organizatorem i animatorem życia społecznego. Za jego czasów powstała dzwonnica, sprowadzono nowe ołtarze, uporządkowano i ogrodzono cmentarz oraz wybudowano zachowaną do dziś plebanię w stylu neoklasycystycznym. Ks. Baranowski wspierał także rozwój edukacji, doprowadzając do powstania szkoły parafialnej, sfinansowanej z testamentu Józefa Poniatowskiego, dziedzica Tuszowa.

W XIX wieku parafia stała się miejscem związanym z wybitnymi postaciami epoki. Na miejscowym cmentarzu spoczywa m.in. Kajetan Koźmian – senator, pamiętnikarz i poeta, a także generał Franciszek Rohland oraz członkowie rodziny hrabiego Juliusza Stadnickiego, dla których wzniesiono neogotycką kaplicę cmentarną. To właśnie w czasach ks. Baranowskiego ukształtował się układ przestrzenny Bychawki, z wyraźnym centrum wokół kościoła, budynków parafialnych, dawnej szkoły i cmentarza.

Kolejni proboszczowie kontynuowali dzieło rozwoju parafii. Za czasów ks. Franciszka Chęcińskiego w 1907 roku zakończono ostatnią rozbudowę kościoła. Świątynia ucierpiała później w czasie I wojny światowej, m.in. wskutek rekwizycji dzwonów. Po II wojnie światowej parafia, podobnie jak wiele innych, funkcjonowała w trudnych realiach okresu komunistycznego. Zakrojone na szeroką skalę prace remontowe rozpoczęto w latach 70. XX wieku, a ich intensyfikacja nastąpiła w latach 90. i trwa do dziś.