Le développement rapide du quartier Normanville, sur le deuxième coteau de Trois-Rivières, amena l'évêque, Mgr Georges-Léon Pelletier, à y nommer un desservant, l'abbé Paul-Émile Lafrenière, le 16 octobre 1954. Jusqu'à l'inauguration de l'église paroissiale, en 1959, les services religieux furent offerts alternativement à la chapelle du Carmel et à celle des Soeurs de Marie-Réparatrice, à l'angle des rues Saint-Charles (Hart) et Laviolette.
Moins de cinq ans plus tard, le 5 juin 1959, la desserte de Normanville donna naissance à la paroisse Saint-Pie-X, patronyme qui rappelait la mémoire de Pie X (Giuseppe-Melchiore Sarto), né en 1835, pape de 1903 à 1914 et canonisé le 29 mai 1954.
Les syndics pour la construction de l'église paroissiale furent élus le 20 décembre 1959. Une petite maison, au 2200 de la rue Marie-LeNeuf, servait de résidence temporaire au curé. Mais le contrat pour la construction de l'édifice cultuel et du presbytère, à l'angle du boulevard des Récollets et de la rue Ludger-Duvernay (aujourd'hui Saint-Pie-X), ne fut octroyé que le 22 mai 1963. Les travaux débutèrent aussitôt mais la bénédiction de la pierre angulaire, par l'évêque de Trois-Rivières, Mgr Georges-Léon Pelletier, n'eut lieu que le 29 décembre 1963.
Le projet de l'architecte Donat-A. Gascon prévoyait des lignes très modernes. L'église devait avoir 145 pieds de longueur, 63 pieds de largeur à la façade, 90 pieds dans la partie la plus large de la nef, et 42 pieds de diamètre au chœur de forme arrondie. La voûte, ornée de peintures allégoriques, devait être placée à 32 pieds de hauteur et la nef contenir 700 places. De petites verrières devaient entourer le dôme plat surmontant le sanctuaire et permettant à la lumière de pénétrer dans le chœur et la nef. D'autres verrières devaient orner la façade de l'église. Le campanile, avec une croix à 135 pieds de hauteur, devait contenir les cloches visibles à travers des lanternes.
L'église paroissiale fut finalement inaugurée le 28 mai 1964, deux jours avant la célébration de la première messe.
La statue de saint Pie X, dévoilée le 12 octobre 1984, fut offerte par le curé-fondateur Émile Clément. Elle se trouvait auparavant dans le parterre de l'église de Saint-Justin. Sculptée en Italie dans un bloc de Carrare et mesurant 4 pieds 10 pouces de hauteur, elle fut placée dans le vestibule de l'église, sur un piédestal en marbre vert de Saint-Denis avec socle de travertin.
