Църквата е построена през 1813 г. в развиващото се бързи темпове по онова време село Батак. Главна причина за икономическия просперитет на селището бил добивът на дървен материал и свързаните с него занаяти. От там се замогнали много батачани, търговските връзки на които впоследствие достигали до близки и далечни краища на обширната Османска империя. И тъй, както се среща на много места из българските земи, част акумулираните средства на баташките чорбаджии били вложени в изграждането на културни учреждения – първо църква, а след това и училище (1835 г.). Място за построяване на църквата било дарено от тогавашния мухтар (кмет) на селото Тодор Балинов. Според легендата батачани успели да измолят от пловдивския паша да построят малка църква. Той се съгласил, но им поставил условие тя да бъде издигната само за 3 месеца, като се надявал, че няма да успеят. Баташкото население мобилизирало всичките си сили и построило храма с доброволен труд само за 75 денонощия.
Първите духовни служители в тази църква били баташките отци: Димитър Паунов (Попов), Илия Янков, Нейчо Паунов (Попов) и Петър Попилиев, които са близки родственици на многозаслужилите игумени на Рилския манастир - архимандрит Йосиф (Строителя), йеромонах Кирил (духовен баща на Васил Левски) и йеромонах Никифор. Последните двама са родни братя на о. Димитър и о. Нейчо, а архимандрит Йосиф е техен чичо.
Забележителен е фактът, че в църквата се е служело не на гръцки, а само на църковнославянски език и проповедите били изнасяни на български. Църквата се е смятала за самостоятелна и независима много по-рано от решаването на църковния въпрос от турците в национален мащаб. Изпреварени са реформите от 1829 г. вероятно защото Батак е далеч от Пловдив, където владиката бил грък, и вероятно защото Рилският манастир е покровителствал църквата в Батак.
Така, в онези мрачни години на неправда и подтиснатост, църквата „Св. Неделя“ била единственият светилник, пръскащ искрици надежда за по-светли времена. Превърналият се в духовно средище храм, зараждал и в без това родолюбивите батачани, копнеж за духовна и политическа свобода. Имайки предвид в каква обстановка са израствали и живели местните българи, никак не е чудно тяхното паметно участие в борбите за освобождение, връх на което заема подготовката и участието им в Априлското въстание, превърнало се в епопея на героизъм и себеотрицание. По време на въстанието в църквата се разиграват събития, които ще определят впоследствие нейната историческа значимост.