Tjörnarps gamla kyrka uppfördes vid slutet av 1100-talet i tuktad gråsten med långhus samt lägre och smalare kor med absid i öster. Kyrkan kom senare att byggas ut med ett västtorn och vapenhus i söder och norr. Vid slutet av medeltiden slogs valv över långhuset.
Befolkningsökningen i Sverige under sent 1700-tal och 1800-tal ledde på många håll till att medeltida kyrkor byggdes ut eller revs till förmån för nybyggen. I Tjörnarp kom den medeltida kyrkan att byggas ut 1803, då absiden revs och koret förlängdes åt öster. Redan på 1820-talet inleddes diskussioner om att kyrkan skulle till-, om- eller rivas då den var i eftersatt skick. Olika förslag för ombyggnader framlades, men 1847 togs beslutet att en helt ny kyrka skulle uppföras. Material från den medeltida kyrkan skulle återanvändas i den nya kyrkan som planerade byggas på en annan tomt. På grund av församlingens begränsade ekonomi fick emellertid nybygget vänta och arbetena inleddes inte förrän 1863. När kyrkan stod klar hösten 1864 överfördes dopfunten från 1100-talet och kyrkklockorna från den medeltida kyrkan som lämnades att bli en ruin. Murrester i ruinen undersöktes på 1960-talet och murarnas nedre partier rekonstruerades.
För ritningarna till den nya helgedomen i nyromansk-/nyklassicistisk stil med västtorn, långhus och något smalare kor i öster stod arkitekt Johan Fredrik Åbom vid Överintendentsämbetet. För bygget ansvarade byggmästaren Ljunggren från Lund och kyrkan uppfördes med murverk av tegel och gråsten som delvis var återvunnet material från den medeltida kyrkan. Fasaderna putsades och avfärgades gula medan listverk och dekorativa delar vitmålades.
Redan 1867 behövde kyrkans tak och fasader repareras då det regnade in på vinden och putsen under fönstren hade släppt. 1873 installerades kyrkans första orgel tillverkad av orgelbyggare Lundahl i Malmö med en orgelfasad efter ritningar av domkyrkoarkitekten Helgo Zettervall.
En större renovering av kyrkan genomfördes 1877. Exteriört gjordes putslagningar, fönsterblecken byttes ut mot gjutna solbänkar av betong och tak och avvattningssystem reparerades. Interiört vitmålades tak och dörrar, och altartavlan restaurerades. Vid 1800-talets slut fick kyrkan sitt första uppvärmningssystem i form av en kamin och med detta medföljde installation av skorsten. Det beslutades att temperaturen i kyrkorummet inte fick understiga 10°C. 1894 byttes spiran ut mot en ny, vilken gavs ett något enklare utförande. 1897 utfördes målningsarbeten på fasaden, lagning av taken och interiöra målningsarbeten med dekorativa textband. Under tidigt 1900-tal införskaffades en ny altartavla i form av en kopia av Munkarps kyrkas altartavla Christus am Kreuze målad i Gemäldmalerie i Dresden av Otto Kühne.
1931 gjorde arkitekt Eiler Græbe en beskrivning av kyrkan i samband med ett åtgärdsförslag. Där framgår att fasaderna var gulputsade, långhustaket klätt med skiffer och torntaket klätt med plåt. Kyrkorummets väggar var ljuskalkade, golvet av trä, bänkinredningen öppen och målad i ljus ekådring, vilket även gällde läktarbarriären. Pelarna under läktarbarriären var marmorerade i ljus kulör medan altaruppsatsen var marmorerad i svart och vitt. Belysningen utgjordes av levande ljus. Græbe kom även med förslag till bland annat nya bänkar, ny trappa till orgelläktaren och ny ytterdörr till sakristian. Förslagen fastställdes av Kungliga Byggnadsstyrelsen 1933. Byggmästarna Jakobsson och Knutsson tillverkade 34 bänkar i furu och två skärmar som placerades framför de främsta bänkarna mot koret. Bänkarna målades med oljefärg. Till skillnad från de tidigare bänkarna löpte de nya inte ända ut till långhusets ytterväggar, utan bildade istället två sidogångar. Några av de gamla bänkarna fick ny placering på orgelläktaren. Väggar och träinredning målades om och de dekorativa textbanden över triumfbågen målades över. Ett nytt golv av handslaget tegel lades i vapenhuset och yttertak och fasader restaurerades.
Vid mitten av 1950-talet ersattes långhuset och korets skiffertak med dubbelfalsad kopparplåt med fotrännor och tornets plåttak lades om. Vid samma tidpunkt utfördes fasadrenoveringar som bland annat medförde att rundbågefrisen som löpte under takfoten höggs bort. En ny orgel invigdes i maj 1955 med fasad målad av konstnären och konservatorn Oswald Owald.
1973 genomfördes en invändig renovering efter förslag upprättat av arkitekt Torsten Leon-Nilsson. Renoveringen innefattade kalkning av väggar samt valv, nytt tak under orgelläktaren av spontade brädor, ommålning av bänkinredning samt altarring, ny förvaring i sakristian, ny heltäckningsmatta på orgelläktaren och ett nytt värmesystem. Bänkinredningen som tidigare varit ljusgrön målades rödbrun och grå. Utvändigt vitkalkades kyrkan. Vid slutet av 1970-talet isolerades kyrkvinden med mineralull.
Mellan 2003 och 2004 genomgick kyrkan en större renovering både interiört och exteriört efter förslag upprättat av arkitekt Mikael Forsberg. Exteriört återfick fasaderna sin ursprungliga gula kulör och rundbågefrisen återskapades. Huvudentrén försågs med en ny stentrappa med trapphiss. Interiört målades kyrkorummet om, golven täckmålades i ljusgrått, de två västligaste bänkraderna demonterades och en ny trappa byggdes till orgelläktaren.