Sebbene la prima citazione di una Ecclesia S. Bartholomei de Vignali, appartenente alla Diocesi di Vercelli, risalga al 1298-99, l’attuale edificio detto “chiesa nuova” è stato benedetto nel 1825 da Monsignor Francesco Alciati e consacrato il 10 ottobre 1841 dal vescovo Francesco Icheri di Malabayla. Il campanile venne ultimato nel 1855-56. La realizzazione occupò un lasso di tempo di circa ottant’anni, comprendente la progettazione e la costruzione: nel 1771 venne demolita la chiesa “vecchia”, l’anno successivo fu posta la prima pietra della “nuova” e nel 1773 Comune e Parrocchia ricevettero un progetto, datato 1766, rappresentante un disegno attribuibile a Ferdinando Bianchi, sulla base degli appunti del conte Francesco Ottavio Magnocavalli . L’abbozzo iniziale fu tuttavia abbandonato in favore di un secondo progetto presentato nel 1786 dall’architetto Agostino Vitoli di Spoleto.
L’imponente facciata presenta un ampio timpano sovrastante il pronao, fronteggiato da quattro colonne abbinate, sorreggenti un frontale a metope, sul quale capeggiano tre statue che raffigurano S. Giuseppe protettore della Chiesa Universale, il Redentore benedicente e S. Bartolomeo protettore di Vignale.
Il pronao, realizzato nel 1832-33 e completato nel 1916, presenta cinque aperture ad arco. L’interno è stato decorato negli anni 1890-92 dal pittore Luigi Morgari; è impreziosito da due grandi pitture in acrilico del pittore vignalese Pietro Besso rappresentanti "la Redenzione dalle Miserie Umane ad opera del Cristo Risorto" e" L’inno alla Vita", nonché da quattro statue in coppia di S. Pietro, S. Paolo, S. Giovanni Evangelista e S. Evasio che sorregge il modello del Duomo di Casale.
Superato il portone di ingresso si accede al vestibolo e dunque all’interno a navata unica con ampia volta a botte poggiante su sei robusti pilastri, tre a destra e tre a sinistra, che delimitano, da entrambi i lati, due grandi cappelle laterali, fornite di ampie finestre, e due vani sovrastanti da altrettanti matronei. Sul fondo, sopraelevati, stazionano il presbiterio, l’altare maggiore con ciborio e l’abside. Sorretto da una balconata in ardesia sopra il vestibolo e appoggiato alla parete di fondo domina un maestoso organo, un Lingiardi con 1600 canne, collocato nel 1846 da Giambattista Lingiardi di Pavia.
La volta è suddivisa in quattro settori, due centrali finestrati ai lati, e due laterali più piccoli. Sulla sommità dei due centrali spiccano due grandi affreschi, l'Immacolata venerata dai profeti e l’Assunzione di Maria Vergine. Il primo dei settori laterali, a partire dall’ingresso, mostra al centro un Gruppo di Angeli osannati e, ai lati, Santa Cecilia patrona dei musicanti e Re Davide che suona l’arpa; il secondo, prospiciente il presbiterio, mostra al centro Il Padre Creatore e ai lati La Carità e La Fede. Sui due pilastri che separano la navata dal presbiterio risaltano in alto due affreschi a “trompe-l’oeil” in bianco e nero, a destra San Giovanni Battista e a sinistra il pulpito o ambone con tettuccio sorretto da due angioletti. Appesi nel 1973 ai pilastri e sulla parete di fondo, spiccano quattordici calchi in gesso di altrettante opere in cotto rappresentanti le stazioni della Via Crucis in stile Masaccio.
Al termine della navata una balaustra in marmo bianco e ardesia lucidata delimita l’accesso al presbiterio, il cui pavimento a mosaico reca la data 1864. L’altare è sormontato da un tempietto-ciborio a sei colonnine sorreggenti una cupola sulla quale spicca un Cristo Benedicente in foglia d’oro. Al centro del presbiterio un altare ligneo rivolto al pubblico accoglie al suo interno reliquie della Madonne e dei SS. Lorenzo, Sebastiano, Anna, Giovanni Bosco, Cottolengo, Cafasso, Domenico Savio, Orione e Maria Mazzarello.
A sinistra, la sacrestia è fornita di mobili (in parte provenienti dalla Chiesa conventuale dei Servi di Maria) nei quali sono custoditi preziosi paramenti sacri e due pregevoli statue lignee del 1872, l’Immacolata e la Beata Vergine del Santo Rosario, attribuite ad Antonio Brilla.
Ai lati dell’altare due passaggi danno accesso all’abside, nel quale è collocato un coro ligneo intarsiato settecentesco. Sulla parete capeggia al centro una grande tela ovale del Morgari rappresentante Il Martirio di San Bartolomeo, al di sotto del quale è posta una tela raffigurante Sant’Agostino.
Sontuosamente addobbate sono altresì le quattro cappelle laterali, tutte con balaustre in legno. A destra dell’entrata vi sono quelle dedicate a San Maurizio e alla Madonna del Carmine, mentre a sinistra spiccano le aree consacrate alle anime dei defunti e al Sacro Cuore di Gesù. Tutte e quattro presentano pregevoli affreschi e tele di artisti quali Luigi Pavese, Giovanni Antonio Carboni e Pietro Besso. Ognuno dei quattro vani adiacenti alle cappelle laterali è munito di cancellate ed è fronteggiato da due colonne con capitelli ionici. Il primo a sinistra è adibito a battistero, costruito dopo la prima guerra mondiale, impreziosito da un tondo in vetro istoriato, legato a piombo, rappresentante il Battesimo di Gesù nel Giordano da parte di S. Giovanni Battista. Gli altri sono muniti di confessionali e altre opere, come il coro di C. Gianolio (1749).