Buttenheim wurde wohl im 7. Jahrhundert während der Besiedlung der Region durch die Franken gegründet. Zu dieser Zeit befanden sich auf dem heutigen Gemeindegebiet nur vereinzelte Herrenhöfe und eine Handelsstraße in Nord-Süd-Richtung. Bereits um das Jahr 800 soll in Buttenheim eine von 14 Missionskirchen entstanden sein, die auf Anordnung Karls des Großen errichtet worden. Mit der Gründung des Bistums Bamberg im Jahr 1007 entstand die Pfarrei Buttenheim. Zunächst als Holzgebäude errichtet, wurde im 13. Jahrhundert die erste Kirche aus Stein erbaut. Teile dieser Kirche wurden erhalten und in den 1757 fertig gestellten Neubau der Pfarrkirche Sankt Bartholomäus integriert.
Am 3. September 1972 wurde das Gotteshaus an den Bahngleisen eingeweiht. Zwar gab es im Ortskern bereits eine Kapelle aus dem frühen 19. Jahrhundert, doch in den 50er-Jahren wuchs die Gemeinde rasant und der Wunsch nach einer größeren Kirche kam auf. So wurde 1960 kurzerhand ein Kirchenbauverein gegründet. Zwölf Jahre später war es dann soweit. Der damalige Erzbischof Josef Schneider weihte die Kirche ein, damals noch ohne Turm und Glocken.