Dans le nouveau centre bourg, deplacé au XIXe siecle, s'élève l'église moderne de Thil-sur-Arroux.A l'origine, un prieuré fortifié fondé au Xe siècle par l'abbaye Saint-Martin d'Autun,comportait une église prieurale qui servit longtemps aux habitants. L'ensemble des bâtiments étaient situés dans ce que l'on appelle aujourd'hui le vieux-bourg, à quelques centaines de mètres à l'est de l'église actuelle. Ce nouveau centre bourg est bâti dans les années 1850 (mairie, ecole..) par la famille Guyot.Après le pillage et la destruction de leur église à la Révolution, les habitants de Thil sont rattachés à la paroisse de Saint-Didier. L'ancienne église du prieuré est vendue et démolie en 1846. Le 8 mai 1853, le conseil municipal demande que Thil "soit érigée en chapelle vicariale en attendant qu'elle puisse, plus tard être érigée en paroisse". Les travaux commencés en 1857 s'achèvent en 1859. L'église est consacrée en 1860 par Monseigneur de Marguerie. Le premier autel est un vestige de l'ancienne abbaye de saint-Martin tout comme la cloche, fondue en 1221, qui est prêtée à l'eglise de St Didier.La première construction de 1857, assez sommaire, (nef sans fenêtre, plafond en bois…) est améliorée et agrandie dans les années suivantes. Aujourd'hui, on observe une église de style XIXe sur un plan en croix latine, en pierres de taille. Son clocher domine le portail d'entrée. Le cimetière se trouve toujours autour de l'église.