Bevor die Gemeinde Untertalheim eine eigenständig Pfarrei wurde, gehörte sie als Kaplanei zur Pfarrei Unterwaldach. Im Jahr 1630 wurde der Pfarrer von Unterwaldach vertrieben. Unterwaldach wurde jetzt von Salzstetten und Grünmettstetten aus pastoriert. Untertalheim vor allem von den Franziskanern aus Horb. Das Patronatsrecht (Recht zur Besetzung der Pfarrstelle und Pflicht zur Unterhaltung des Pfarrers) für Untertalheim erhielt im Jahre 1659 der Bischof von Konstanz von den Herren von Neuneck. Der Bischof übergab noch im selben Jahr dieses Recht an Hans Melchior Kechler von Schwandorf. Dieses Patronatsrecht nutzte Kechler und besetzte die Gemeinde Untertalheim 1660 mit dem ersten Pfarrer namens Georg Bergmaier. Somit hatte Untertalheim eine eigene Pfarrei, welche bis 1734 auch die Gemeinden Unterwaldach und Gründringen mit betreute. Erweitert wurde die Pfarrei Untertalheim im Jahr 1819 durch die Einpfarrung der Filiale Obertalheim. Das heutige Patronatsrecht  hat seit 1803 der Freiherr von Gamerschwang zu Weitenburg.

Am 01. Januar 2015 haben sich die Kirchengemeinden Untertalheim und Obertalheim zur Kirchengemeinde Hl. Geist Horb-Talheim zusammengeschlossen.

Die erste Kirche in Untertalheim stand im Bereich des heutigen Talfriedhofs. Wann diese erbaut wurde, darüber gibt es nur eine Theorie. Die Kirche wäre demnach am 10. August 955 erbaut worden. Auf einem Plan vom Jahre 1703 wurde die alte Kirche verbreitert und um den Chor verlängert. 1828 wandte sich der Gemeinderat an den Württembergischen König, weil bereits seit 15 Jahren versucht wurde beim zuständigen Ministerium des Königlichen Katholischen Kirchenrats eine Baugenehmigung für einen Neubau zu erhalten. 1832 wurden dann endlich die Pläne von Bauinspektor Neiffer aus Balingen für eine neue Kirche genehmigt. -1831 wurde die alte Kirche für 100 Gulden an einen Untertalheimer Bürger verkauft.-

Der Neubau der Kirche, im Finanzkammerstil, an ihrem heutigen Standort in der Laurentiusstraße, erfolgte 1833/34. Eingeweiht wurde die Kirche vom damaligen Bischof Josef, anlässlich eines Firmbesuchs am 17. Mai 1848. Der Hochaltar wurde 1877 eingeweiht. Ein bedeutender Umbau war im Jahr 1894 als die Orgel mit der damaligen neuartigen Windladentechnik von der Fa. Weigle aus Echterdingen gebaut wurde. 1902 wurde der Marienaltar geschaffen. Die Ansicht der Innenräume unserer Kirche wurde in der Zeit 1901/1902 bis 1916 fertig gestellt. Die Dekoration der Wände im Schiff und des Chorbogens, ebenso das Deckengemälde im Chor wurden von Franz Edelmann aus Donzdorf ausgeführt. Das Deckengemälde im Schiff wurde vom Kunstmaler Siebenrock aus Stuttgart geschaffen. Die Restaurierung fand ihren Abschluss mit dem Anbringen der 14 Nothelfer und der Schutzmantelmadonna. Die Northelfer und die Madonna fertigte der aus Untertalheim stammende Horber Meister Wilhelm Klink. Die elektrische Beleuchtung in der Kirche St. Michael- und Laurentius erfolgte 1922. Ein neues Geläut wurde 1957 von Dekan Härle aus Salzstetten eingeweiht.