Nach dem Zeiten Weltkrieg kam es durch die Ansiedlung von Heimatvertriebenen zu einem deutlichen Anstieg der Zahl katholischer Familien in Deizisau. Anfangs wurden diese von der Gemeinde St. Konrad in Plochingen betreut, die evangelische Gemeinde stellte  für die sonntäglichen Gottesdienste ihre Kirche zur Verfügung. Es wuchs aber der Wunsch nach einer eigenen Kirche. Durch verschiedene Sammlungen sowie Zuschüssen der bürgerlichen Gemeinde sowie der Diözese  einen finanziellen Grundstock für den Bau zu legen. Der Entwurf für den Kirchenbau stammte von Architekt E.A. Berthele aus Altbach; es war Platz für 300 Besucher vorgesehen. Die Ausführung lag in den Händen der Bauunternhemer Oswald aus Plochingen und Huttenlocher aus Deizisau.

Der erste Spatenstich erfolgte am 22. September 1958. Bis zum Richtfest am 27. Mai 1959 verging nur ein gutes halbes Jahr; in dieser Zeit waren viele freiwillige Helfer beschäftigt. Ein besonderes Erlebnis war der Einsatz eines Hubschraubers der amerikanischen Armee um das Kreuz auf den 27 m hohen Turm zu setzen. Am 28. und 29. Mai 1960 wurde die neue Kirche von Bischof Carl Joseph Leiprecht aus Rottenburg eingeweiht. Die Namensgebung nach dem aus Böhmen stammenden Redemptoristen-Pater Klemens Maria Hofbauer erfolgte auf Anregung der Heimatvertriebenen. In einem Festakt wurde vor allem auch der bürgerlichen Gemeinde mit Bürgermeister Ertinger und der evangelischen Gemeinde mit Pfarrer Spohn für ihre jahrelange Unterstützung gedankt.

Zwei Jahre später, am 23. Oktober 1960, wurde drei Glocken geweiht, die einen Monat zuvor bei der Firma Kurz in Stuttgart gegossen worden waren. Die größte Glocke wurde dabei von der Gemeinde Deizisau und die mittlere von der Gesamtkirchengemeinde Plochingen gestiftet.

Im September 1987 wurde dann der Grundstein für das Gemeindehaus in Deizisau gelegt, dass von Architekt Metzger geplant wurde. Am 16. April 1989 erfolgte die feierliche Einweihung des neuen Gebäudes mit einem großen Saal mit Küche und mehreren Gruppenräumen im Untergeschoß.

Zwischen April und Dezember 1995 wurde die Klemens-Maria-Hofbauer Kirche vollständig renoviert und nach den Vorstellungen des Zweiten Vatikanischen Konzils umgestaltet. Die Bauleitung lag in den Händen von Architekt Habrig aus Esslingen, die künstlerische Gestaltung des Altarraums erfolgte durch Joachim Hoppe aus Thaining. Dabei wurde der Altarraum neu gestaltet aber vor allem auch die technischen Einrichtungen wie elektrische Leitungen, Lautsprecheranlage und Heizung dem neuesten Stand angepasst. Außerdem wurde die Orgel vollständig gereinigt und gestimmt. Am 10. Dezember 1995 erfolgte dann die Weihe der renovierten Kirche durch Weihbischof Kreidler aus Rottenburg, der dabei Reliquien des heiligen Klemens Maria Hofbauer und der Märtyrerin Felicitas in den neuen Altar einmauerte.

Im Jahr 2009 wurde eine Photovoltaik-Anlage auf dem Kirchendach errichtet, um somit einen Beitrag zur Erhaltung der Umwelt zu leisten.