Le temple de Saint-Dionisy prend place dans l’église Saint-Denis de fondation romane. L’église primitive est recensée parmi les possessions du chapitre de Nîmes en 1156 dans la bulle du pape Adrien IV.

Vers 1560, le calvinisme se répand en Vaunage entrainant des destructions dans l’église et l’arrêt du service divin. Le culte catholique n’est rétabli qu’en 1646 dans un lieu secondaire. L’église est restaurée à la fin du XVIIe siècle, une visite pastorale confirme la présence de messes catholiques jusqu’en novembre 1722. Une enquête administrative réalisée en 1837 confirme l’absence d’église à Saint-Dionisy.

Jusqu’en 1685 où le temple est détruit suite à la révocation de l’Édit de Nantes, il y a conjointement un temple dont l’emplacement demeure inconnu et une église à Saint-Dionisy. L’église catholique est ensuite achetée par Jean Sabatier le 18 juin 1792 devant le notaire Béchard de Clarensac. À sa mort, il la lègue à 25 particuliers qui la louent pour le culte protestant en 1824. La date exacte du transfert d’usage de l’église au culte protestant demeure incertaine, il est cependant probable que l’édifice ait servi aux deux cultes entre la Révolution et 1824.

D’importantes restaurations sont nécessaires en 1817 : la toiture menace de s’effondrer et des baies sont manquantes. Le consistoire est alors autorisé le 29 juin 1820 à aliéner le terrain de l’ancien temple pour participer au financement des travaux.

La tour de l’horloge accolée au temple est érigée en juillet 1874 par l’architecte Gabriel Dort. Elle fait suite à la délibération du Conseil municipal du 5 janvier 1873. Le chantier est confié à l’entrepreneur Théodore Chapel. La réception définitive des travaux mentionne le montant s’élevant à 1 942, 41 francs, honoraires de l’architecte compris.

Les enduits intérieurs sont restaurés en 2021.