La vecchia chiesa parrocchiale aveva un orientamento esattamente contrario a quello della chiesa attuale, sorta negli anni fra il 1923 ed il 1926. Lo si rileva dagli atti catastali del 1720 e si ritiene esistesse da circa trecento anni e che abbia subìto numerosi ampliamenti, seguendo l'espansione della comunità sanvittorese. Esiste la documentazione di uno di questi ampliamenti, effettuato alla fine del 1800. Il costo totale di quest'opera di questi lavori di ampliamento fu di lire 10.436,72.
Il Comune aveva esaminato la domanda della fabbriceria della Chiesa Parrocchiale, che porta la data del 15 agosto 1880, durante la seduta del successivo 18 settembre, presenti il Sindaco Gaudenzio Cerrini ed i consiglieri dottor Carlo Cornaggia, dottor Gabriele Cornaggia, Carlo Gaio e Carlo Galli. 
Nella disposizione giurisdizionale di allora, il Comune di San Vittore Olona faceva parte della Provincia di Milano, del Circondariato di Gallarate e del Mandamento di Saronno.
L'attuale Chiesa Parrocchiale, voluta dal parroco Don Giuseppe Magni, fu costruita nel 1923 su progetto dell'Ing. Roberto Dell'Acqua; fu anche la prima chiesa costruita in Europa utilizzando il cemento armato indispensabile per reggere l'enorme spinta che le poderose arcate centrali imprimevano. Curioso particolare: durante la sua costruzione numerosi studenti in ingegneria italiani e stranieri seguirono i lavori attirati dal nuovo materiale impiegato. Per la raffinatezza dei suoi arredi e per le opere in essa custodite diverrà in seguito la più bella chiesa del circondario.
I lavori per la costruzione dell'attuale chiesa parrocchiale sono iniziati nell'estate del 1923, dopo che si erano conclusi quelli di demolizione della vecchia chiesa cinquecentesca che sorgeva sulla stessa area.Fra i numerosi motivi che costrinsero il parroco del tempo, don Giuseppe Magni, a prendere quella dolorosa decisione, il più evidente era quello legato al continuo aumento della popolazione.
All'inizio del secolo scorso questo problema si era già posto a don G.B. Riva che, nominato parroco nel 1988, si era visto crescere rapidamente il numero dei parrocchiani.
Iniziava proprio in quegli anni il processo di trasformazione della zona del legnanese, che da agricola si apprestava a diventare industriale. I vecchi mulini ad acqua del fiume Olona furono trasformati in opifici per la lavorazione del cotono utilizzando la forza motrice trasmessa dalle pale immerse nell'acqua.Si vennero a creare molti posti di lavoro e di conseguenza si verificò una notevole immigrazione di cittadini provenienti da regioni lontane come il Veneto, il Friuli e la Sardegna.
In poco più di vent'anni (1888-1907) la popolazione era raddoppiata raggiungendo i 2420 abitanti. Ad aumentare ulteriormente il numero dei parrocchiani contribuì un decreto, giunto il 5 novembre 1907, dalla Curia Arcivescovile che annunciava l'aggregazione alla parrocchia di San Vittore Olona di una parte della frazione delle Cascinette sino a quel momento annessa alla parrocchia di Canegrate.
A quel punto, don G.B. Riva, abbandonata l'idea di costruire una nuova chiesa in mancanza di un'area centrale idonea e quella di un ulteriore ampliamento a causa dell'elevato costo, decise di celebrare una terza messa festiva.Domenica 10 giugno 1923 il parroco don Giuseppe Magni radunò la popolazione in chiesa per il solenne addio all'edificio che aveva visto tante generazioni pregare. 'La cerimonia dell'ora di adorazione riuscì commovente e tutti piangevano teneramente'.
Il S.S. Sacramento fu trasportato nella chiesa dell'oratorio che funzionò da chiesa parrocchiale. La funzione si svolse di sera ed il giorno successivo iniziarono i lavori di demolizione.
Il 20 settembre, durante l'esecuzione degli scavi per le fondazioni, furono trovate in grande quantità ossa umane e scheletri ben conservati nei loro loculi. Parte di questi resti furono trasportati al cimitero mentre altri furono reinterrati.
Nel mese di ottobre gli scavi terminarono e la nuova chiesa incominciò a sorgere. La struttura portante della nuova costruzione fu realizzata in cemento armato e ciò incuriosì ingegneri e studenti che visitarono in gran numero il cantiere. La parte muraria fu affidata all'impresa del geometra Celso Colombo di Milano.
Durante l'inverno del 1924, a causa del grande freddo, i lavori furono interrotti ma nel mese di agosto dell'anno successivo fu posto il tetto ed iniziarono i lavori per la costruzione delle volte. Il 10 gennaio del 1925 la nuova chiesa era pronta per essere utilizzata; le pareti in cemento armato reggevano l'imponente tetto, sulla cupola fu posta la Croce e fu terminato il rosone sulla facciata.Durante la primavera e nei mesi estivi i lavori continuarono senza interruzioni e nel mese di settembre la nuova chiesa era pronta per la solenne benedizione. Il 20 ed il 21 settembre 1925, mons. Carlo Pensa, vescovo di Penne, procedette alla benedizione del nuovo tempio.
I lavori di finitura si protrassero per molti anni. Nel 1926 fu ricostruita, nella cappella dedicata a S. Giuseppe, una parte dell'altare della vecchia chiesa parrocchiale. Il tempietto, che stava sopra l'altare maggiore, fu utilizzato per il battistero.
In seguito furono realizzati gli altari laterali, il nuovo organo, il pulpito ed un altare particolarmente caro ai Sanvittoresi, l'altare di S. Antonio, S. Crispino e S. Crispiniano, questi ultimi protettori dei calzolai.
Nel 1929 fu completato il campanile e nel settembre 1930 furono issate le nuove campane. Nel 1946 fu costruito il nuovo Altare Maggiore ed il 12 settembre dell'anno successivo la nuova chiesa parrocchiale fu solennemente consacrata dal Cardinale Ildefonso Schuster.
La Chiesa Parrocchiale, dedicata ai S.S. Martiri Vittore e Sebastiano, presenta, nel proprio insieme, uno stile architettonico di ispirazione neogotica, realtà che si è tenuta particolarmente presente nel cercare il portale bronzeo 'Le Beatitudini'.