Nuvarande träkyrka uppfördes 1812 under ledning av byggmästare Johan Fransman.

Kyrkan har en stomme av liggtimmer och består av ett rektangulärt långhus med rakt avslutat kor i öster och torn i väster. Öster om koret finns en vidbyggd sakristia. Ytterväggarna är klädda med vitmålad stående lockpanel, medan taket och tornhuven är täckta med furuspån.Den första kyrkan i församlingen byggdes 1751. Det var en liten rektangulär byggnad med en liten sakristia. 1759 tog man upp två fönster på korväggen. Något senare gjorde man ett innertak som fick en takspegel med målning. Hur interiören såg ut kan man fortfarande få en uppfattning om, eftersom den till största delen återfinns i den nuvarande kyrkan. För utsmyckningen av kyrkan anlitades träsnidare och målare från bygden. Den mest namnkunnige av dessa var snidaren Jöns Ljungberg. Förutom Ljungberg medverkade också en annan skicklig snidare, Jöns Halfvarsson Björnlind, också han från Ljungdalen. Han tillverkade 1754 predikstolen och altarskranket. Predikstolen är en så kallad altarpredikstol som är placerad direkt över altaret.

Under 1800-talets början beslutade man om flyttning och ombyggnad av kyrkan. Anledningen till detta beslut är inte känt, men kan möjligen ha varit dåliga grundförhållanden. Arbetet utfördes av församlingsborna under ledning av byggmästare Johan Fransman från Särvsjö. Kyrkan är byggd av timmer på en grund och sockel av ojämn fältsten. Det brutna takets beläggning består av handkluven kärnfuru och avslutas med en genombruten takkam försedd med årtalet 1812 (då kyrkan stod färdig) samt en spira bevarad från den första kyrkan. Från denna kyrka flyttades hela inredningen över.

Under senare delen av 1800-talet och början av 1900-talet utfördes endast mindre reparationer. 1931 framlades en del olika förslag angående kyrkan. Man diskuterade om rivning och ett eventuellt nybygge av kyrka. Församlingen var dock tveksam till något nybbygge. Länsantikvarien avstyrke förslaget om rivning och nybygge med motiveringen att den utomordentligt vackra och unika interiören helt skulle spolieras. Man enades om att förstärka grunden, öka på tornet något, byta ytterpanelen från liggande till stående, installera värme och delvis elektrisk belysning. Den elektriska belysningen kompletterades 1952 och samtidigt inköptes ett nytt tornur från AB Wetterstrands och Söners Urfabrik i Töreboda.

 

Den ursprungliga kyrkan i Storsjö byggdes redan 1751 och stora delar av interiören är bibehållen sedan dess.