En 1760, Voltaire s’installe au château de Ferney qu’il vient d’acquérir. Afin de réaliser l’agrandissement de sa demeure, il obtient la destruction de la chapelle attenante utilisée à l’époque par les paroissiens de la petite ville. Bien qu’anti religieux, le philosophe reconstruit un peu plus loin une chapelle qui servira jusqu’en 1826 d’église paroissiale.

En ce début de 19e siècle, les catholiques souhaitent pouvoir disposer d’une nouvelle église plus grande, en meilleur état et moins éloignée. Après de longues hésitations et la présentation de plusieurs projets sur la base d’un programme établi par l’abbé Ruivet, vicaire de Belley proche de Mgr Devie, on choisit finalement celui du jeune architecte lyonnais Jean-Marie Pollet qui s’oriente vers une architecture sobre et dépouillée. Sur un terrain que l’évêque vient d’acquérir et dont la disposition impose l’orientation nord-sud, démarre la construction du "temple de la foi catholique" qu’il appelle de ses vœux. Il s’agit d’affirmer la foi catholique et d’édifier un "monument d’expiation contre les erreurs des uns (les protestants) et l’audace antichrétienne des autres (Voltaire)" selon les propos rapportés dans la Notice sur Ferney, écrite sous sa direction.

Les travaux commencent dès 1824 dans l’enthousiasme général alors que les plans ne sont même pas totalement achevés. La première pierre est posée le 17 avril 1825 par Mgr Devie lui-même. Une messe inaugurale consacre l’église le 8 novembre 1826 sous le vocable de la nativité de la bienheureuse Vierge Marie et de saint André, patron de l’ancienne église. Sur le fronton est gravée la dédicace deo optim. maxim. sacrum (consacré à Dieu, très bon, très grand), en témoignage de la foi des catholiques qui en ce début du 19e siècle abandonnent à Voltaire l’église sur la façade de laquelle il avait fait inscrire ces mots : deo erexit Voltaire (Voltaire érigea pour Dieu), son nom figurant en plus gros caractères que celui de Dieu.

Restaurée entre 1906 et 1943 à l'initiative de Claude Ancian, curé de Ferney, l'église a fait l’objet d’importants travaux en 1993 sous la direction d'Eric Pallot, architecte en chef des monuments historiques.

Classée monument historique depuis 1988, elle est l’exemple le plus représentatif du courant néoclassique dans l’Ain. Les églises de Saint-Etienne-du-Bois et Vaux-en-Bugey du même style, malgré leurs qualités indéniables, n’ont pas la même grandeur.

Pour des raisons essentiellement financières, mais aussi parce qu’il recherche une architecture lumineuse, l’architecte Jean-Marie Pollet, très influencé par l’église Saint-Philippe-du-Roule à Paris, se résout à bâtir en style néoclassique sur un plan basilical, alors que la mode du gothique revient en force à cette époque.

La sobre façade nord en pierre de taille, s’élève à l’image d’un temple grec. Une croix la domine. Deux pilastres à chapiteaux ioniques montent jusqu'à l'entablement du fronton orné d’un triangle, symbole de la Trinité, principe essentiel de la religion catholique. Le portail est surmonté d'un fronton également triangulaire orné de palmettes et d’un chrisme. Les deux ailes en retrait sont creusées de deux niches prévues pour recevoir des statues, restées vides.

Se référant au style classique, le clocher animé par de simples pilastres et coiffé par une toiture terrasse, domine le chevet de l’église de sa haute masse carrée. Certains ne se privèrent pas de critiquer l’absence de flèche qui lui donnait "l’aspect d’une tour hydraulique plus que d’une maison de Dieu !"

L’édifice apparaît encore aujourd’hui tel qu’il fut créé, hormis quelques adjonctions mineures : une tribune adossée au revers de la façade en 1862 modifiant la pureté de l’édifice originel ; les verrières claires bordées d’un motif géométrique garnissant les fenêtres remplacées par six vitraux colorés à personnages. Réalisés par l'abbé Pron, peintre-verrier de Pont-d'Ain en 1863, ils ne s’accordent pas tout à fait à la clarté recherchée par Jean-Marie Pollet, mais marquent cette période de renaissance du vitrail.  

L'église claire et homogène se développe sur un plan basilical auquel a été ajouté un déambulatoire. La nef est rythmée par une succession de quatorze colonnes à chapiteaux ioniques. Elle forme avec l'abside un vaisseau unique et continu de six travées terminées en hémicycle. La chapelle axiale dédiée à la Vierge est flanquée à droite et à gauche d'une sacristie rectangulaire. Deux petites chapelles semi-circulaires sous le vocable de saint André et saint François-de-Sales s'inscrivent dans les parties arrondies du déambulatoire ; elles sont encadrées de pilastres corinthiens.

Alors que tout est sobriété et dépouillement à l’extérieur, le décor ornemental de l’intérieur frappe par son harmonie. Un enduit imitant le marbre habille les colonnes cylindriques de la nef. Le vaisseau principal couvert d'une voûte en berceau s’arrondit en cul de four au-dessus du chœur. Posée sur un entablement à décor de guirlandes, la voûte s’enrichit d’un quadrillage de caissons fleuris en trompe-l'œil. Le plafond plat des bas-côtés et du déambulatoire est également peint, mais avec des caissons plus simples. À l’occasion du centenaire de l’église en 1926, le décor des voûtes fait l’objet d’une restauration générale et les fonds sont traités en vieil or ; la restauration de 1993 prend le parti de restituer les caissons en camaïeu de gris, redonnant à l’édifice son harmonie colorée d’origine.  

En fond de chœur, se dresse l’imposant maître-autel en marbre blanc et ses hauts chandeliers et croix en bronze doré dessinés par Jean-Marie Pollet en 1837. La porte du tabernacle en forme de petit temple grec à fronton triangulaire est ornée de l'archange Michel. Des guirlandes en draperie soulignent le chrisme central et les lettres alpha et omega, symbolisant le commencement et la fin.

L’architecte dessine également le bénitier et les fonts baptismaux assortis. Réalisés en marbre blanc, les deux pièces se composent d’une large cuve plate posée sur une fine colonne cannelée. Surmontés d’un dôme en métal peint en bleu et semé d’étoiles dorées, les fonts sont du plus bel effet.

Du vivant de Mgr Devie, l’église s’enrichit de deux tableaux : le premier est offert en 1826 par le conte Henry de Budé, alors propriétaire du château de Ferney, La crucifixion avec saint André, Marie-Madeleine et saint François d’Assise, intéressant exemple de la peinture florentine du 17e siècle ; le second, très grand, œuvre du peintre parisien Joseph Chabord, Les saintes femmes au tombeau, don du gouvernement, est installé à Pâques 1837 au revers de la façade.

Les lustres de cristal qui éclairaient l’église à la fin du 19e siècle, sont remplacés après la seconde guerre mondiale par une série de lustres en bronze vert et or d’inspiration Empire placés entre les colonnes.