Pierwsza wzmianka źródłowa o kościele w Łukomiu pochodzi z 1448 r. Dokument Dobiesława z Dyblina, łowczego dobrzyńskiego, wspomina (1509 r.), że kościół ten był uposażony przez jego przodków, czyli pod koniec XIV lub na początku XV w. W 1599 jednowioskowa parafia w Łukomiu posiadała drewniany, konsekrowany kościół pw. św. Małgorzaty, z malowanym prezbiterium, ołtarzem głównym i dwoma bocznymi; jeden z nich poświęcony był św. Mikołajowi. W I połowie XVIII w. brak wiadomości o parafii; możliwe, że kościół uległ wówczas zniszczeniu.
Obecny, drewniany kościół pw. św. Katarzyny, ufundowała w 1761 r. kolatorka Maria Łucja Dessieur generałowa Kampenhausenowa na miejscu poprzedniego. Pod koniec XVIII w. przyłączono do parafii kilka wsi z parafii sierpeckiej. Z informacji pochodzącej z 1817 r. wynika, że ówczesna świątynia była drewniana, kryta dachówką oraz że nosiła wówczas wezwanie św. Małgorzaty. W głównym ołtarzu znajdował się obraz matki Boskiej Częstochowskiej, na zasłonie św. Katarzyny). W dwóch bocznych umieszczone były obrazy św. Józefa i św. Kajetana oraz św. Jana Nepomucena i Wszystkich Świętych. Pochodziły one zapewne z okresu budowy kościoła. W 1881 r. dobudowano wieżę i kruchtę.
Obecny ołtarz główny pochodzi z XVIII w., podobnie jak obraz Matki Bożej z Dzieciątkiem w polu głównym, zasłaniany obrazem Przemienienia Pańskiego. W górnej kondygnacji obraz Matki Boskiej z Dzieciątkiem w towarzystwie św. Józefa, św. Anny i św. Joachima., Ołtarze boczne ku czci: św. Antoniego (w zwieńczeniu ołtarza zachował się obraz Opłakiwania pod Krzyżem z XVI-XVII w., na zasłonie obraz św. Walentego) i św. Katarzyny (na górze obraz św. Wawrzyńca, na zasłonie obraz Serca Jezusowego). W zakrystii obraz Świętej Rodziny (XVII w.), na chórze obrazy świętych Apostołów Piotra i Pawła. Ocalała zabytkowa monstrancja (XVIII w.) oraz trzy osiemnastowieczne ornaty. Na belce tęczowej późnogotycki krucyfiks z XVI w. Ambona o charakterze barokowym z datą 1881. Od 1910 r. w kościele znajdują się dziewięciogłosowe organy o trakturze mechanicznej z fabryki Dominika Biernackiego w Dobrzyniu nad Wisłą. Kościół odnowiono w 1955 r. z inicjatywy ks. Stefana Jastrzębskiego i odmalowano wewnątrz według projektu Władysława Drapiewskiego. Chrzcielnica i ambona drewniane.
Obok kościoła dzwonnica z XIX w. z dwoma dzwonami, m.in. „Szymon”.
Staraniem ks. Krzysztofa Zakrzewskiego i parafian został przeprowadzony kapitalny remont plebanii i ogrodzenia cmentarza. Na cmentarzu została pobudowano małą kapliczkę do sprawowania nabożeństw. Następnie w latach 2006-2018 odwodniono kościół i po wymianie więźby dachowej położono blachę aluminiową. Przed kościołem został zbudowany parking z polbruku. W 2016 r. postawiono budynek gospodarczy z garażami i sprawiono nowe ogrodzenie posesji plebanii parafialnej.
Proboszcz