Den äldsta kyrkan i Ovansjö var till planen rektangulär utan särskild korbyggnad i öster. I likhet med många av ärkestiftets kyrkor saknade den torn. Huvudingången låg, som så ofta är fallet i vårt land, i söder. Under 16- och 1700-talet genomfördes en rad renoveringar. Ovansjö socken nämndes första gången i en förteckning över kyrkans ägodelar, upprättad 1293 av kaniken Benno i Uppsala. En kyrka av sten har med säkerhet funnits i Ovansjö vid 1200-talets mitt, till vilken tid den ännu bevarade sydportalen kan dateras.
Den medeltida kyrkan blev vid 1700-talets mitt föremål för en genomgripande ombyggnad, men om dess tidigare utseende kan man ändock få en viss uppfattning genom äldre beskrivningar och teckningar. Nuvarande orgelfasaden är utförd efter ritningar av E.A. Hedin. Orgelverket från 1897 om- och tillbyggdes 1964 av AB Hagströms Orgelverkstad, Härnösand och har nu 3 manualer och 31 stämmor. En äldre fasad hade ritats 1789 av Jonas Ekengren. En äldre orgel av Cahman såldes 1713 till Årsunda kyrka. Det var troligtvis denna som hade kommit till kyrkan år 1647, vilket år ett nytt orgelverk anskaffades, varvid det gamla kasserades. Enligt en icke dokumentarisk bekräftad tradition skulle denna orgel skänkts till kyrkan av drottning Kristina vilken detta år besökte Ovansjö. Orgeln finns numera i Hammarby kapell.

Bland bevarade medeltida inventarier märks en dopfunt av gotländsk kalksten. Kyrkans nuvarande altaruppsats, ett typiskt barockt arbete i sitt starkt betonande höjdled och markerade tredelning. Predikstolen utfördes 1662 av Evert Friis. I nischer på den rikt dekorerade korgens sidor står Kristus och sex apostlar och på ljudtaket änglar med pinoredskapen och överst Kristus såsom världens frälsare. På samma vägg sitter också en Birgittabild från samma tid. Från 1400-talets slut härrör Mariabilden på södra väggen. Äldst är en tronande madonna med barn på norra väggen i koret, ett arbete från 1200-talets mitt.
Den nya kyrkan stod färdig 1762 efter en ombyggnad som hade tagit två år i anspråk. Kyrkan med sitt djärva tunnvalv av tegel var nu helt till församlingsbornas belåtenhet. Helt nyuppförda var tornet i väster samt sakristian i öster. Nästa stora restaurering ägde rum 1896–97 då de tidigare vitputsade murarna beströks med oljefärg i brunt och valvet försågs med schablonmålningar. Ytterligare en restaurering efter ritningar av arkitekt J. Thomé ägde rum under året 1963–64. 1800-talets påmålningar i interiören togs åter bort och ersattes med ljus puts på väggar och valv. Kyrkan äger en förhållandevis stor samling medeltida träskulpturer.

Källa: Svenska Kyrkan