Bažnyčia visais laikais buvo svarbus lietuvių tautos dvasinis ramstis. Carinės Rusijos priespaudos metais ji vienijo Lietuvos žmones, teikė ryžto kovoje su rusifikacija, prievarta brukama stačiatikybe. Norėdama sumenkinti Katalikų bažnyčios įtaką caro valdžia visaip varžė jos veiklą. Represijos ypač sustiprėjo po pralaimėto 1863 m. sukilimo. Tuomet buvo uždaryta daug bažnyčių ir vienuolynų, buvo uždrausta remontuoti senus ir statyti naujus katalikų sakralinius pastatus. Šis draudimas galiojo iki 1897 m.
Bažnyčia visais laikais buvo svarbus lietuvių tautos dvasinis ramstis. Carinės Rusijos priespaudos metais ji vienijo Lietuvos žmones, teikė ryžto kovoje su rusifikacija, prievarta brukama stačiatikybe. Norėdama sumenkinti Katalikų bažnyčios įtaką caro valdžia visaip varžė jos veiklą. Represijos ypač sustiprėjo po pralaimėto 1863 m. sukilimo. Tuomet buvo uždaryta daug bažnyčių ir vienuolynų, buvo uždrausta remontuoti senus ir statyti naujus katalikų sakralinius pastatus. Šis draudimas galiojo iki 1897 m.
Panaikinus draudimą bažnyčių statyba labai suintensyvėjo. Tuomet galėjo realizuotis ir sena anykštėnų svajonė – turėti naują, didesnę ir erdvesnę bažnyčią, nes senoji, anot kun. Antano Rameikio, „anykštėnams pagal Anykščių kalnus per žema pasirodė ir pagal parapiją per maža pasidarė“. Tiesa, vilties padidinti savo miesto šventovę anykštėnai nebuvo praradę ir anksčiau. Dar 1889 m. Rygoje gyvenęs architektas Florijonas Vyganovskis (1854-1905) parengė barokinės Anykščių bažnyčios padidinimo projektą (projektas saugomas Anykščių parapijos archyve). Deja, leidimas pastatą padidinti tuomet nebuvo gautas. Pasikeitus sąlygoms, 1898 m. Kauno gubernijos architektas Nikolajus Andrejevas (1856-1911) parengė naują bažnyčios projektą (projektas saugomas Anykščių parapijos archyve). Pagal jį senoji bažnyčia turėjo būti nugriauta, o jos vietoje pastatyta didinga neogotikinė šventovė. Tais pačiais metais iš konsistorijos gavus leidimą prasidėjo statybos darbai, kurie tęsėsi beveik dešimtį metų.
Naujai Anykščių šventovei buvo pasirinktas neogotikos stilius, po 1897 m. tapęs vyraujančiu Lietuvos katalikų bažnyčių architektūros stiliumi (XIX a. pab. – XX a. pr. Lietuvoje pastatytos net 73 mūrinės neogotikos stiliaus bažnyčios). Neogotika kartojo gotikines viduramžių katedrų architektūros formas, nes, pasak XIX a. architektūros teoretikų, iš visų praeities architektūros stilių gotika geriausiai atitiko krikščioniškuosius idealus. Aukštyn besiveržiančios gotikos architektūros formos pakylėdavo tikinčiųjų dvasią, sukeldavo taurius, kilnius jausmus.
Ir dideliuose miestuose, ir mažuose miesteliuose ar bažnytkaimiuose neogotikiniai pastatai buvo statomi kuo didesni ir puošnesni. Jie dominavo gyvenviečių panoramose, buvo matomi iš toli. Anykščių bažnyčia savo užmoju pralenkė daugelį Lietuvos bažnyčių. Ji tapo viena didžiausių ir pati aukščiausia iš dvibokščių bažnyčių Lietuvoje (senieji, 1915 m susprogdinti bokštai siekė 84 m, dabartinių bokštų aukštis – 79 m).
Anykščių bažnyčią, kaip ir daugelį kitų neogotikinių Lietuvos bažnyčių, projektavo svetimšalis architektas. Dėl carinės Rusijos vykdomos politikos vietiniams architektams mūsų krašte tuomet buvo sunku gauti valstybinę tarnybą ir užsakymus. O ir pačių architektų dėl tų pačių priežasčių nebuvo daug. Anykščių bažnyčios projektuotojas, rusų architektas N. Andrejevas buvo baigęs Peterburgo civilinių inžinierių institutą. Jis dirbo Kauno gubernijos statybos skyriuje, 1894-1911 m. buvo šio skyriaus vadovas. Be Anykščių bažnyčios, N. Andrejevas suprojektavo neogotikines Lygumų, Viešintų, Medingėnų bažnyčias, prižiūrėjo daugelio neogotikinių bažnyčių statybą Lietuvoje.
Anykščių bažnyčia buvo statoma parapijiečių lėšomis: anykštiečiai patys rinko aukas, degė plytas, vežė statybines medžiagas, iš Lat-vijos gabeno geležį ir t. t. Darbais rūpinosi kun. Ferdinandas Uselis (1838-1901), o šiam mirus – kun. Juozas Vembrė (1862-1915). 1909 m. bažnyčios statyba buvo baigta, prasidėjo vidaus įrangos darbai.
Yra žinoma, kad XX a. pr. įrengiant Anykščių bažnyčią joje dirbo Aleksandro Zaborskio bažnytinių reikmenų dirbtuvių meistrai. 1895 m. Šiauliuose įkurtos ir iki Pirmojo pasaulinio karo veikusios A. Zaborskio bažnytinių reikmenų dirbtuvės XX a. pr. buvo vienos didžiausių Lietuvoje (1908-1912 m. jose dirbo 40, o 1914 m. – net 120 darbininkų), garsėjo nagingais meistrais ir dirbinių kokybe (už savo produkciją įvairiose parodose buvo apdovanotos net 7 medaliais). Be Anykščių bažnyčios, A. Zaborskio dirbtuvių meistrai dirbo Smalvos, Krekenavos, Kamajų, Čedasų, Josvainių, Duokiškio, Pakapės, Upynos, Šiaudinės, Kupiškio bažnyčiose. A. Zaborskio dirbtuvių produkcijoje vyravo neogotikiniai dirbiniai. Ypač puošnūs būdavo bažnyčių Didieji altoriai, pasižymėję sudėtingomis architektūrinėmis formomis, puošnia ornamentine drožyba, skulptūromis. Pasakojama, jog šventinant A. Zaborskio dirbtuvėse padirbtą altorių, dirbtuvių savininkas didžiuodamasis sėdėjo pirmoje eilėje – juk ne tik altoriaus mensa ir retalulas, bet ir skulptūros, drožiniai, paveikslai, net užtiesalai buvo pagaminti jo darbininkų, be to, viskas padailinta auksavimu. Labai puošnus ir efektingas buvo ir Anykščių bažnyčios Didysis altorius. Deja, jis sudegė 1928 m. bažnyčios gaisro metu. Išliko 1909 m. įrengti šoniniai altoriai – dailūs, tačiau kiek paprastesnių formų, ir grakšti, kone ažūrinio silueto sakykla.
1932 m. klebono Juozapo Norvilos (1884-1938) rūpesčiu Anykščių bažnyčios Didysis altorius buvo atstatytas pagal Vlado Čižausko (1888-1970) parengtą projektą. 1997 m. vasarą Anykščių bažnyčios remonto metu šis projektas buvo rastas po presbiterijos grindimis. Tai ypatingas radinys – projektas vertingas ne tik kaip žinomo meistro sukurtas ir konkrečioje Lietuvos bažnyčioje realizuotas altoriaus projektas, bet ir kaip vienas iš nedaugelio iki mūsų dienų išlikusių Lietuvos bažnytinių reikmenų dirbtuvėse parengtų tipinių altorių projektų. Jis parengtas dviem variantais – žemesnei ir aukštesnei bažnyčiai (aukštesnės bažnyčios variante ant papildomo atverčiamo lapo nubraižyta kiek modifikuota ir paaukštinta viršutinė altoriaus dalis). Anykščių bažnyčioje buvo realizuotas aukštesnei bažnyčiai skirtas variantas. Pagal bažnyčios titulą ir individualius Anykščių šventovės poreikius buvo pasirinktos altoriuje vaizduojamų šventųjų skulptūros, beje, beveik tų pačių šventųjų, kaip ir 1909 m. altoriuje. Projekto autorius V. Čižauskas (tikroji pavardė Polinauskas, Čižausko pavardę meistras buvo nusipirkęs kartu su pasu, kad išvengtų tarnybos caro armijoje) buvo kilęs nuo Panevėžio. Dirbti altorius jis mokėsi Vilniuje ir Krokuvoje. Maždaug nuo 1912 m. dirbo A. Zaborskio bažnytinių reikmenų dirbtuvėse Šiauliuose. Karo metais V. Čižauskas gyveno Kazanėje, vėliau Peterburge. Grįžęs į Šiaulius, 1922 m. įkūrė nuosavą „bažnyčių dekoravimo, altorių ir įvairių stovylų dirbtuvę“, kurioje dirbo įvairaus profilio meistrai. Pats V. Čižauskas drožė iš medžio, tapė paveikslus, darė gipsines formas skulptūroms lieti, auksavo ir t. t., tačiau savo specializacija jis laikė bažnyčių sienų ornamentavimą. XX a. 3-4 deš. toks bažnyčių interjerų dekoravimo būdas Lietuvoje buvo labai populiarus. 1932 m. V. Čižauskas ištapė ir gaisro metu aprūkusią Anykščių bažnyčios presbiteriją. Be geometrinių ir augalinių ornamentų, čia jis nutapė keturias figūrines kompozicijas (tarp jų – „Gerąjį Ganytoją“, „Pietą“, „Kristų pamokslaujantį miniai“). Kaip neturinčios meninės vertės ir tuo metu jau išblukusios, drėgmės apgadintos V. Čižausko freskos buvo uždažytos 1969 m. bažnyčios remonto metu.
V. Čižausko dirbtuvių darbų apimtis pranoko net A. Zaborskio dirbtuvių atliktus darbus. Iki Antrojo pasaulinio karo jo meistrai dekoravo ir remontavo Vaiguvos, Pagramančio, Šeduvos, Pušaloto, Dusetų, Pabiržio, Skapiškio, Šimonių, Užpalių, Kriaunų, Lygumų, Debeikių ir kt. Lietuvos bažnyčias. Savo veiklos V. Čižauskas nenutraukė ir sovietmečiu. Pasikeitus sąlygoms, dirbo slaptomis.
Tris pirmuosius sovietinės okupacijos dešimtmečius didesnių darbų Anykščių bažnyčioje nevyko. Tik 1957 metais skulptoriaus Henriko Rudzinsko sukurtu biustu bažnyčioje buvo įamžintas anykštiečio poeto ir aukšto rango dvasininko Antano Baranausko atminimas. 1968 m. kun. Jurgio Žitkevičiaus (1892-1978) iniciatyva buvo pradėta ruoštis kapitaliniam bažnyčios remontui. Bažnyčios dekoravimo rūpesčiai teko ką tik klebonu paskirtam ir iš Rokiškio į Anykščius atvykusiam kunigui Albertui Talačkai (1921-1999). Tuomet bažnyčios sienos buvo nudažytos lygiai, skliautuose ir kaip juosta virš kolonų bazių įvedant krištolinį ornamentą (jau parengtą bažnyčios perdažymo projektą pakoregavo dailininkas Vladas Vildžiūnas ir anykštietis Algis Ladiga). Lygiai nudažytas presbiterijos sienas papuošė vienuolės dailininkės Teodoros Kriaučiūnaitės ant drobės tapyti paveikslai „Šv. Marija Goreti“ ir „Šv. Pijus X“. Ant vargonų choro sienelės buvo pastatytos savamokslio skulptoriaus Vytauto Jakševičiaus sukurtos trimituojančių angelų skulptūros. Monsinjoro A. Talačkos rūpesčiu virš centrinio bažnyčios portalo buvo sumontuotas dailininkės Marijos Anortės Mackėlaitės (g. 1930) Anykščių šventovei sukurtas storo stiklo luitų vitražas „Šv. Matas Evangelistas“ (pirmas tokio tipo vitražas Lietuvos bažnyčiose), centrinės navos langus papuošė penkiolika šios dailininkės plono stiklo vitražų, šventovės erdvę pripildančių šviesos ir spalvų žaismo. Švenčiant Lietuvos krikšto 600 metų jubiliejų, bažnyčioje buvo pakabinti dailininko Vaidoto Žuko (g. 1956) paveikslai „Šv. Kazimieras“ ir „Palaimintasis Jurgis Matulaitis“, kiek vėliau krikštyklą papuošė to paties dailininko sukurta originali kompozicija „Krikštas“.
Monsinjoro A. Talačkos iniciatyva Anykščiuose atsirado ir vienas įspūdingiausių XX a. II p. Lietuvos sakralinės dailės kūrinių – 1982-1988 m. šventoriaus koplytėlėms savamokslio skulptoriaus Rimo Idzelio (g. 1950) sukurtos Kryžiaus kelio stotys. XX a. 9-10 deš. šventoriuje buvo pastatyti profesionalių Lietuvos dailininkų sukurtos skulptūros – originalūs sakralinio meno kūriniai: Antano Kmieliausko (g. 1932) „Šventoji Šeima“, skirta žymių anykštėnų tėvams atminti, Romo Kazlausko (g. 1937) „Švč. Mergelė Marija Sopulingoji“, Vlado Vildžiūno (g. 1932) „Jėzus Nazarietis“.
