Vers 1172, cette église est placée sous le patronage de Saint chef et jusqu'en 1801, elle est patronnée par le diocèse de Vienne.
Au XIeme siècle, le château de Demptézieu, était défendu par 15 tours reliées par un mur d'enceinte de 800m de long sur 1.30 d'épaisseur. Ces fortifications allaient jusqu'à la Chapelle Seigneuriale (l'église actuelle).
En 1462, on signale la chapelle comme église paroissiale.
Au cours des âges, l'Eglise de Demptézieu fût construite en 3 étapes et subit de nombreuses transformations.
Un plan de 1728 fait apparaitre une Eglise en forme de croix :
A droite du choeur, la chapelle Sainte Madeleine.
A gauche du choeur, la chapelle Saint Etienne
Le clocher était situé au centre du choeur.
En 1885, l'église est trop petite. On fit allonger les chapelles en 2 nefs latérales, ce qui ransforma la croix latine en une église à 3 nefs.
Aujourd'hui :
A droite du choeur, une chapelle consacrée à la Vierge
A gauche du choeur, une chapelle consacrée à Saint Barhélémy, patron de la paroisse.
Nous remarquons la présence du clocher au dessus du porche.
Dans le choeur, un tableau de St Barthélémy fût offert par les Chartreux.