Det vides ikke hvor længe der har været kirke på denne 49 meter høje bakketop. 24. juni 1347 tilståes Havnbjerg kirke afladsrettigheder, hvilket i almindelighed kun meddeltes kirker, hvor mange mennesker færdedes. Kirkens ældste del, skibet og koret, er fra sidste halvdel af 1100-tallet, men måske har der før kristendommens indførelse været en helligdom, et gudehov, hvor kirken nu ligger, og måske høvdingen har boet der, hvor præstegården ligger.

Kirkeskib og kor i romansk stil med rå kampesten til de 125 til 165 cm tykke mure. Taget var oprindeligt munke- og nonnesten, nu glaserede teglsten. I sen gotisk tid byggedes på skibets nordside et våbenhus af rå kamp med kamtakket gavl af munkesten. Da det nuværende tårn mod vest opførtes, flyttede våbenhuset til tårnrummet, og det oprindelige våbenhus blev til kapel.

Tårnet med forgyldt kugle og kors blev opført i 1857 som sømærke. Taget er spåndækket og tjæret. Kuglen er lavet i kobber og er 1 meter i diameter. Inde i kuglen ligger den tale, som biskop Noak holdt ved tårnets 100 års beståen.

Hovedlågerne fra 2003 er tegnet af kunstneren Peter Stuhr og prydet med en gylden figur, som leder tanken hen på en mandorla (mandel, strålekrans der omgiver hellige personer på middelalderlige malerier). Den lille låge mod øst ved kirkestien til Elsmark og Lunden, symboliserer buen den opgående sol.

Sakristiet mod øst blev oprindeligt opført 1780, men ombygget flere gange.

På vestsiden af kirken findes en mindesten for de 6 faldne soldater fra sognet i de slesvigske krige i 1848 og 1864. Mod nord desuden en høj stensøjle med navnene på de 40 unge mænd fra sognet som faldt i 1. verdenskrig. På den gamle del af kirkegården er de gamle grave samlet efter landsbyerne i sognet og ligger i grupper placeret i retning af landsbyerne. Kirkegården afspejler således et stykke af sognets geografi. Den gamle del af kirkegården er indhegnet af et stendige, hvor der kan findes sten med monogrammer på digebyggerne. På den udvendige side af kirkegårdsdiget, ca. 3 meter syd for lågen, der fra kirkegården fører ud til kirkestien til Lunden og Elsmark, befinder der sig lige over jordsmonnet en sten med skåltegn. Stenen stammer fra bronzealderen, og rummer godt en halv snes skålgruber. Stenens størrelse er ca. 1,6 m lang og ca. 0,7 m bred.

Skåltegn er runde fordybninger, 5–10 cm i diameter, hugget ind i sten og klippevægge, som regel i forbindelse med helleristninger. De fleste skåltegn stammer fra bronzealderen, men forekommer også i sten- og jernalderen. Deres betydning er usikker, men fordybningerne har været tolket som symbol på kvindelig frugtbarhed. De fleste danske helleristninger er indhugget på sten ved oldtidens gravanlæg. Skåltegn er den almindeligst forekommende helleristning, ofte sekundært indhugget i anseligt antal på toppen af dæksten på bondestenalderens stendysser, som bronzealderfolket ofte genbenyttede til sine begravelser.

Af andre interessante gravminder findes århundred gamle gravsteder for sognets slægter samt Bitten og Mads Clausens grave, skuende mod øst ud over Danfoss fabrikkerne.

Indtil 1857 var der et fritstående klokkehus placeret der, hvor stensøjlen til minde over 1. Verdenskrigs faldne i sognet er placeret. Klokkerne hænger nu i tårnet, og den ældste klokke fra ca. 1345 bærer indskriften ”Ave Maria gracia plena ”og har tegninger af Maria med barnet og Laurentius. Den næstældste klokke er en genforeningsklokke fra 1920, som sognet modtog fra ”det gamle Danmark” ved genforeningen. Den var en gave og en erstatning for den klokke, som under krigen blev omstøbt til krigsmateriel. Den yngste klokke er fra 2004 og anvendes når der kimes samt til automatisk ringning ved solopgang og solnedgang.

Den ældst kendte altertavle er fra 1500-tallet. Det var en sengotisk fløjaltertavle med figurer, som nu er på Nationalmuseet.  Den nuværende altertavle en malet af Eckersberg, "Bønnen i Gethsemene have", i 1831. Korets oprindelige tøndehvælv blev i gotisk tid erstattet af den krydshvælving, som kirken har i dag, ligesom triumfbuen fik sit nuværende udseende. Der er kalkmalerier i korets nordlige vinduesniche og dekoration på hvælvet, som blev afdækket og restaureret 1954 til 1956. Malerierne anslås at være fra sidste halvdel af 1400-tallet. Indvendig i korets østvæg er indmuret en Piscina med afløb for dåbsvand og vievand. Afløbet er nu lukket til. På korets og skibets nordside blev i 1954 genåbnet to romanske vinduesåbninger, det ene med de omtalte kalkmalerier. I 1962 isattes glasmosaikvinduer.

I skibet står de høje rundbuede døre, henholdsvis mands- og kvindedør, i dag som blændinger. Skibet har malet bjælkeloft. Kirkeskibet Gratia, som hænger i midtergangen, er fra 1971, og er en model af en amerikansk Clipper. Stoleværket er fra 1895. Kirken har tillige haft pulpitur som blev taget ned i 1930’erne.

Døbefontens kumme er en romansk granitfont, oprindelig formentlig brugt som vievandskar, idet kummens størrelse er for beskeden til at gøre fyldest ved den gamle dåbspraksis med fuldstændig neddykning af dåbsbarnet. Dåbsfadet er fra ca. 1700 og af messing.

På østvæggen ved døbefonten hænger et krucifiks med evangelistsymboler i korsarmene, en kopi fra 1958 af et 1400-tals krucifiks.

Prædikestol med syv fag i senrenæssance fra 1625. Udskårne relieffer med tysk tekst over Jesu liv.

Konsolbordet med relieffer i støtterne er fra 1958.

I våbenhuset hænger endnu et skib. Det er en model af skoleskibet Danmark. Våbenhuset har tillige præstetavle for ”Sognepræsterne og medtjenere udi ordet” siden reformationen samt degnetavle. På præstetavlen bemærker man en pudsighed ved indskriften for Erik Pontoppidan, som var sognepræst i Havnbjerg 1726-34. Derefter blev han biskop i Bergen, og afsluttende læser man, at han 1736 blev Procancler ved Kjøbenhavns Universitet ”hvor han endnu lever”!

Kirkens første orgel var fra 1764. Det nuværende orgel skænkedes til kirken i 1987 af fru Bitten Clausen, Danfoss.

I 2018 dannede Havnbjerg Kirke og Havnbjerg Mølle rammerne for filmen ”I Krig og Kærlighed”.