La prima testimonianza storica della chiesa è contenuta in un documento del 1289, ove risulta dedicata ai santi Fabiano e Sebastiano, santi invocati come protettori contro le pestilenze degli uomini e degli animali. Solo dalla metà del XIV secolo essa risulta essere dedicata a san Bartolomeo (che è il santo patrono della città di Villadossola).
All'interno della chiesa è conservata una grande ancona lignea posta che funge da dossale dell'altare maggiore: si tratta di un'opera, datata 1596, dovuta ad Andrea Merzagora da Craveggia, rappresentante della nota bottega vigezzina che operò con successo anche in area milanese. L'ancona raffigura, intorno al pannello centrale della Crocefissione, la Vita di san Bartolomeo raccontata in cinque altorilievi. Sulle pareti dell'abside sono visibili alcuni frammenti di affreschi quattrocenteschi.
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