L'edificio è costituito da una base circolare sormontata da un tiburio a pianta ottagonale. Gli studiosi ritengono che la parte inferiore risalga al X secolo, più precisamente a una data intorno al 930; mentre la parte superiore è databile nei primi decenni del XII secolo. Si ipotizza inoltre, stanti i ritrovamenti archeologici effettuati in aree adiacenti, che nel sito fosse presente un sacello romano.

Il battistero fu consacrato da Litifredo, vescovo di Novara, in anni tra il 1122 ed il 1151, in connessione al suo programma di riordino delle circoscrizioni delle pievi; la presenza del battistero serviva a sottolineare la dignità pievana assunta dalla chiesa di Agrate.

L'edificio subì nel tempo vari interventi, particolarmente nel XVII secolo, quando fu deciso di collegare il battistero alla chiesa, aprendo la prima arcata ed edificando un pronao antistante. Tali modifiche furono poi annullate nel Novecento, riportando l'edificio alla primitiva struttura.