พ.ศ. 2451 มีชาวบ้านห้าครอบครัวถูกกล่าวหาว่าเป็นปอบต่างคนต่างอพยพเข้ามาตั้งถิ่นฐานที่บ้านหนองซ่งแย้ (แปลว่าที่อยู่ของแย้) พวกเขาถูกทำร้ายและถูกไล่ออกจากหมู่บ้าน ชาวบ้านห้าครอบครัวจึงอับจนหนทาง และได้เดินทางไปหาบาทหลวงเดซาแวลและบาทหลวงออมโบรซีโอที่บ้านเซซ่ง ตำบลเชียงเพ็ง อำเภอป่าติ้ว จังหวัดยโสธร เพื่อให้บาทหลวงทั้งสองช่วยขับไล่ปอบ บาทหลวงทั้งสองจึงเดินทางมาช่วยเหลือชาวบ้านห้าครอบครัวในหมู่บ้านหนองซ่งแย้ด้วยความเต็มใจ เมื่อสถานการณ์สงบลงชาวบ้านห้าครอบครัวนี้จึงเข้ารีตโรมันคาทอลิก บาทหลวงเดซาแวลและบาทหลวงออมโบรซีโอจึงสร้างวัดซ่งแย้ในปี พ.ศ. 2452 โดยมีบาทหลวงเดซาแวลเป็นอธิการโบสถ์คนแรก[1][2][3][4]

เบื้องต้น อาคารหลักของโบสถ์มีสภาพเป็นกระต๊อบขนาดน้อย ไม้ฝาขัดแตะสำหรับให้บาทหลวงอยู่และใช้ประกอบพิธีกรรมทางศาสนา ปัจจุบันโบสถ์ปัจจุบันเป็นโบสถ์หลังที่สามเพื่อรองรับศาสนิกชนที่เพิ่มจำนวนขึ้น[5] สร้างในปี พ.ศ. 2490 โดยมีชาวบ้านร่วมใจตัดไม้ที่อยู่ละแวกบ้าน ได้แก่ ไม้เต็ง ไม้รัง ไม้สัก ไม้จิก โดยมีช่างจากจังหวัดอุบลราชธานีคอยควบคุมงาน[2] มีการปรับปรุงช่องแสงประดับกระจกสีสวยงามแปลกตา[3] โดยโบสถ์มีสถาปัตยกรรมไทย กว้าง 16 เมตร ยาว 57 เมตร ใช้แผ่นไม้มุงหลังคา 80,000 แผ่น มีเสารองรับ 360 ต้น เสาในแถวกลางมี 260 ต้น สูงจากพื้นดินกว่า 10 เมตร พื้นแผ่นกระดานเป็นไม้แดงและไม้ตะเคียนขนาดใหญ่ ม้านั่งไม้จุคนได้กว่าพันคน[1][2][4][5] และมีพิธีเสกโบสถ์ในปี พ.ศ. 2457[1] ส่วนหอระฆังสูงสร้างแบบวัดไทยพุทธทั่วไป เพราะแยกต่างหากจากโบสถ์ ส่วนระฆังโบสถ์มีเส้นผ่าศูนย์กลาง 2 ฟุต[2] นอกจากนี้ยังเป็นที่ตั้งของพิพิธภัณฑ์เดซาแวล และโรงเรียนซ่งแย้พิทยาคม