Das erste schriftliche Zeugnis über das Gotteshaus in Greimharting stammt aus dem Jahre 1399. 

Die Verehrung des heiligen Leonhard ließ das Gotteshaus zu einer lokalen Wallfahrts- und Gnadenstätte werden. Seit vielen Jahrzehnten findet alljährlich am Leoharditag ein Umritt um die Kirche mit Pferdesegnung statt.

Der Baukörper des heutigen Gotteshauses ist spätgotisch. Das Innere wurde 1758 barockisiert, wobei unter anderem das Gewölbe mit Stukkaturen und Deckenfresken versehen wurde. Diese Rokokodekoration fiel aber mitsamt der frühbarocken Einrichtung des Gotteshauses dem Kunstgeschmack des 19. Jahrhunderts zum Opfer. 1873 erfolgte eine Regotisierung. Die letzte, 1960 durchgeführte Innenraumrestaurierung brachte als Gewinn die Aufdeckung ausgedehnter Wandmalereien aus dem 15. bis 18. Jahrhundert.

Im Turm läuten drei Glocken in einem Stahlglockenstuhl. Das Geläut bildet die Melodielinie eines Durdreiklangs.