Im Jahr 927 taucht erstmals der Name „Talham“ auf, ohne dass die wahrscheinlich vorhandene Holzkirche erwähnt wird. Anstelle dieses hölzernen Gotteshauses wurde im Auftrag des Abtes Pezelinus von Kremsmünster eine neue Kirche in Massivbauweise in Auftrag gegeben und 1070 von Bischof Altmann von Passau eingeweiht.

Damals war die Pfarre Thalheim sehr ausgedehnt: laut Pfarrchronik (1659) umfasste sie die heutigen Gemeinden Steinhaus und Sattledt bis Voitsdorf, sowie Teile von Sipbachzell und Schleißheim.

Die 1070 geweihte Pfarrkirche war im Stil der Romanik erbaut worden. Reste aus dieser Zeit sind nicht mehr erhalten. Mitte des 15. Jh. erhielt die Kirche jene Gestalt, in der sie sich noch heute zeigt: Grundriss, Gewölbe, Säulen und Tore haben sich seither nicht verändert.

Das Barock bescherte dem Gotteshaus eine neue Einrichtung und eine reizvolle Turmzwiebel. Nicht vorteilhaft für die Kirche waren die Bestrebungen in der 2. Hälfte des 19.Jh., den ursprünglichen gotischen Charakter wieder herzustellen: viele wertvolle Arbeiten, u.a. der barocke Hochaltar und die Barockkuppel des Turmes fielen diesem Modewahn zum Opfer. Das frühere Altarblatt, das den Hl. Stephanus darstellt und vom Kremser Schmitt geschaffen worden war, befindet sich derzeit in der Pfarrkirche Sattledt. Überlebt haben die barocke Kanzel mit den 4 Evangelisten, sowie die beiden Seitenaltäre aus der Zeit 1656-58. Die Heiligenstatuen (linker Altar: Barbara, Maria, Katharina, Vitus; rechter Altar: Martin, Erasmus, Florian, Michael) könnten vom Passauer Johann Seitz, dem Schöpfer der Schauersberger Altarfiguren, stammen.

Die Glasgemälde im Altarraum (1881-83) zeigen Darstellungen aus dem Leben des Hl. Stephanus, des Pfarrpatrons von Thalheim, dem die Pfarrkirche geweiht ist. Zur gleichen Zeit wurde die steinerne Orgelempore anstelle des hölzernen Musikchores sowie ein neues Stiegenhaus errichtet.

Die Orgel stammt aus dem Jahr 1885 und enthält 24 Register und 1500 Pfeifen.

Die Kirche ist dreischiffig, dreijochig und netzrippengewölbt. Besonders schön sind das edel gegliederte Hauptportal und das Südtor. An den Türen sind die gotischen Eisenbeschläge noch erhalten.

Der Turm der Pfarrkirche ist 51,66 m hoch.