Możliwe, że benedyktyni z klasztoru św. Wojciecha w Płocku już od XII w. mieli prawa patronatu wobec kościoła św. Marcina w Duninowie. Opat Maciej zrzekł się tych praw na rzecz Kazimierza Jagiellończyka w1470 r. Parafia została wówczas przekazana pod zarząd kolegium wikariuszy katedralnych z Płocka, którzy kierowali nią do 1818 r., kiedy Duninów odłączono od diecezji płockiej, przyłączając go do diecezji kujawsko-kaliskiej. W 1925 r. parafia powróciła do diecezji płockiej.
W 1609 r. drewniana świątynia pw. św. Marcina miała malowany sufit i ściany oraz trzy ołtarze. Do parafii należały wówczas: Duninów, Skoki, Nowa Wieś i dwa młyny. Z 1739 r. pochodzi informacja o zbudowaniu dwóch nowych ołtarzy. W 1786 r. spróchniałe sosnowe ściany obito deskami. W 1860 r. kościół nie nadawał się do odprawiania nabożeństw. Nabożeństwa odprawiano w nim do 1858 r., kiedy zbudowano kaplicę na cmentarzu grzebalnym, istniejącym już od 1827 r., i tam sprawowano służbę Bożą.
Obecny duży, jednonawowy kościół murowany, neogotycki, z wieżą, pw. Niepokalanego Poczęcia NMP, zbudowano w latach 1908-1910 staraniem ks. Mieczysława Kozakowskiego z fundacji barona Alberta Ike-Duninowskiego, dziedzica Duninowa, i parafian, według projektu Konstantego Wojciechowskiego. Konsekrował go w 1911 r. biskup kujawsko-kaliski Stanisław Kazimierz Zdzitowiecki. Organy kościelne zostały sprowadzone z Karolewa w miejsce zrabowanego przez Niemców instrumentu.
W czasie II wojny światowej, po aresztowaniu przez Niemców i wywiezieniu do obozu ks. Ryglewicza w sierpniu 1940 r, kościół był zamknięty.
Świątynię malowano w 1956 r. Obecnie znajduje się w niej pięć ołtarzy: główny, z obrazami Najświętszej Maryi Panny (kopia Rafaela) i Serca Jezusowego, posoborowy i trzy boczne: św. Mikołaja, św. Józefa – w kaplicy NMP Częstochowskiej (XVII-XVIII w.) i św. Barbary. Kolejny raz świątynia była odnawiana w latach 90. XX w. staraniem ks. Mirosława Antoniego Wiśniewskiego i parafian, który także zbudował w 1992 r. murowaną plebanię. W latach 2005-2008 ks. Józef Żbikowski dokonał remontu dachu kościoła z wymianą pokrycia na blachę miedzianą. Następnie ks. proboszcz Adam Łach wymienił na nowe wszystkie okna w duninowskiej świątyni (42 sztuki), a wokół niej został położony polbrukowy chodnik procesyjny. Przeprowadzono również remont organów, zaś w plebanii w 2018 r. wymieniono wszystkie okna i drzwi.
Kaplica cmentarna pw. Świętej Trójcy, murowana (powstała w 1858 r.) ma dwa ołtarze, przeniesione ze starego kościoła znad Wisły, uchodzące za zabytki sztuki: główny, z obrazem Świętej Trójcy (połowa XVIII w.) oraz boczny, późnoklasycystyczny, z obrazem św. Mikołaja (połowa XIX w.). Na początku XXI w. został przeprowadzony kapitalny remont zabytkowej bramy cmentarnej oraz wyłożono polbrukiem główną aleję cmentarza i zainstalowano obok niej oświetlenie. Staraniem ks. proboszcza Rafała Gutkowskiego i parafian w 2020 r. przeprowadzono prace odwodnienia i osuszenia fundamentów kościoła.
Proboszcz