Les caractéristiques stylistiques de l'église permettent de proposer une date de construction autour de la fin du 15e siècle ou au début du siècle suivant, en particulier les bases prismatiques des colonnes des arcs formerets de la nef ainsi que le profil des moulurations des nervures des voûtes et des arcs doubleaux.
Un clocher, autrefois situé à l'entrée de l'église, à l'ouest, avait été ajouté au cours du 19e siècle ; il est connu par des photographies anciennes.
Les archives de la Société des mines de Carmaux conservent des courriers entre la Société et le maire de Saint-Benoit, qui font état de travaux envisagés pour agrandir l'église en 1928-1929 par l'architecte départemental Léon Daures et l'architecte de la ville de Carmaux J. Camboulives (AMC, SMC). À ce moment, le clocher est déjà en mauvais état. La note des deux architectes concluait à la destruction de l'église.
En 1938, la Société des mines de Carmaux avait demandé à l'ingénieur Auguste Perret de réaliser les plans d'une nouvelle église pour le village. L'ingénieur a fourni les plans d'une église qui aurait dû être bâtie en béton armé. Dans ce projet, l'église gothique était conservée et devait devenir "la chapelle du catéchisme et des mariages", c'est à dire une chapelle secondaire (AMC, fonds de la SMC, SMC 2 649). Le projet ne sera pas entrepris mais les plans et une maquette (conservée au Musée des Arts et Métiers à Paris) en gardent la mémoire.
L'église a finalement été largement restaurée à partir de 1949 par l'architecte départemental Henry Avizou. Les restaurations ont été portées par le curé de la paroisse, Yves Balssa, entre 1949 et 1951. La commune de Saint-Benoit-de-Carmaux ainsi que les Houillères du Bassin d'Aquitaine ont financé les travaux. L'église est entièrement restaurée mais c'est toute la partie occidentale qui connait alors une transformation importante : le clocher du 19e siècle en mauvais état a été détruit et remplacé par un autre implanté en position latérale, au nord. Le porche d'entrée avec le portail en arc brisé a été ajouté. Au sud-ouest, une quatrième chapelle également a été ajoutée.
