Prästen vid St Andrew's RC Church i Livingston sa att antikatolska meddelanden hade målats över hela byggnaden.
Vandalismen inträffade mellan 19:00 på lördag och 09:00 på söndag.
Polisen har uppmanat alla som kan ha sett något misstänkt i området, eller någon med information, att träda fram.
I april 2014 blev St Andrews romersk-katolska kyrka i Craigshill den senaste byggnaden i Livingston som beviljades status som listad.
St Andrews var den första katolska kyrkan som byggdes i Livingston 1968 och färdigställdes 1970 efter att den grundades 1962.
Fader Jeremy Bath, församlingspräst på St Andrew's, sade: " Craigshill är ett stort område där människor lever tillsammans i harmoni, så att detta skall hända är chockerande, sorgligt och mycket nedslående.
"Jag har varit här i sju år och inget liknande har hänt förut. Därav besvikelsen. Det är kanske en påminnelse om att det fortfarande finns en belastning av antikatolism i det skotska samhället som vi måste vara medvetna om.
"Vi hade en begravning idag. Så sorgligt att sörjande måste komma till en kyrka täckt av antikatolsk graffiti. Förhoppningsvis kan vi städa upp mycket snart, säkert i tid för våra första heliga nattvarden i helgen.
"Jag vill tacka polisen Skottland, West Lothian Council och lokalsamhället för att de stöttar oss i denna svåra tid."
En talesman för polisen i Skottland sade: " Polisen i West Lothian undersöker sekteristisk vandalism till en kyrka i Livingston.
"Händelsen hände någon gång mellan 19:00 lördagen den 23 maj och 09:00 söndagen den 24 maj på St Andrews romersk-katolska kyrkan i Victoria Street, Craigshill.
"Förfrågningar pågår för att spåra de ansvariga och alla som minns att de sett något misstänkt i området, eller som har information som kan hjälpa polisen med deras utredning, uppmanas att träda fram omedelbart."
En talesman för West Lothian Council sade: "Vi gjordes medvetna om denna händelse vid St Andrews RC Church i Craigshill på söndagen och vårt gaturensningsteam har varit närvarande."
Polisen utreder en händelse med sekteristisk graffiti besprutad på en kyrka i West Lothian över helgen.