Den mellomalderlege stavkyrkja vart lengd mot vest i 1844. Den vestre delen av skipet, og våpenhuset, er såleis frå nyare tid. Den opphavlege stavkyrkja var einskipa og omgjeven av svalgangar. Ved restaureringa i 1912-18 vart tårnryttaren over den vestre delen av skipet og svalene kring bygningen rekonstruerte. Konstruktivt skil Røldalskyrkja seg frå dei fleste andre stavkyrkjer ved at langveggene er fagdelte, slik at det står mellomstavar mellom hjørnestavane. Veggsvillene er dessutan tappa inn i stavane. Det vanlege er at stavane rir over svillene. Stavane er fint «sprettelgde»; ei overflatehandsaming som vi også kjenner frå lagmannstova på Aga i Ullensvang.
I 1638 vart kyrkja dekorert med roser og rankar. Dekoren i kortaket er best bevart, resten er sterkt restaurert i 1917 og takdekoren i skipet er ny. Både altertavla og preikestolen er måla av Gotfried Hendtzchell frå Breslau i Schlesien i 1627-29.