Den gamla kyrkan i Mjölby var uppförd av kalksten och delvis gråsten.
Tornet ingår i den nuvarande kyrkan och hade två mot mittrummet ställda små, tunnvälvda nischer som ännu kan ses. År 1686 utökades den gamla kyrkan på norra sidan med en fyrkantig byggnad. År 1751 uppfördes en hög och vacker tornspira för klockorna, som tidigare hängde i en stapel. Kyrkan ägde också en altaruppsats, som inköptes år 1715.
Brand utbröt i Mjölby
År 1771 förstördes den gamla kyrkan tillsammans med de flesta inventarierna i en stor brand. Då brann också prästgården och dess arkiv upp. Bara tornmuren finns idag kvar. Spår finns av en läktaranordning 1 tr. upp avsedd för kyrkans byggherre eller donator.
En ny kyrka byggs
Redan året efter var man redo att bygga en ny kyrka. Stora gåvor skänktes tillsammans med kollekter som gjorde att murmästare Östberg lade grunden till den nya kyrkan efter en ritning från kungl. Överintendentämbetet. Året efter det kunde man inköpa tegel, bränna kalk och skriva ett kontrakt med Östberg. Han skulle ha 4000 rdr kopparmynt för 4 murar till 4 alnars höjd från grunden, sedan 2600 rdr mynt för nästföljande 2 alnar och för de sista alnarna 4285 rdr kopparmynt osv. Arbetet fortskred långsamt och efter en lång byggperiod var den nya kyrkan äntligen klar att tas i bruk och kunde invigas år 1779. År 1790 satte man upp tornuret. År 1859 satte man in ett orgelverk byggt av Sven Nordström i Flisby som fick ersätta den gamla Strömbladsorgeln från 1700-talet. En omfattande renovering gjordes 1906 - 1907 då orgelläktaren byggdes ut och fick en ny barriär. Predikstolen byggdes om, målades, förgylldes och fick en fondvägg av gips. Altarbord och altarring, bänkar och entrédörrar byttes ut, kyrkan putsades utvändigt och målades.
Sakristian fick sin nuvarande form vid en inre renovering som gjordes 1944. En del av kyrkans gipsdekor togs då bort och ersattes av ett slätt valv. Senare har man bytt järnplåten som fanns på taket mot ett nytt i koppar.
Glasmålningar
År 1968 tillkom glasmålningarna i koret. De är komponerade av professor Ch. Crodel i München och utfördes av den välkända firman Franz Mayer i München.
De tre fönstren i koret symboliserar treenigheten. Nordöstra korfönstret är tillägnat Fadern, sydöstra korfönstret Sonen och korfönstret vid dopfunten den heliga Anden.
Långhusets båda fönster hör ihop, det norra återger de gammaltestamentliga bilderna och det södra uppfyllelsen i Nya testamentet. De nedre långhusfönstren tillkom år 1969.
Renovering 2006-2007
Mjölby kyrka återöppnades söndagen den 21 oktober 2007 av biskop Martin Lind efter en 16 månaders lång yttre renovering. De senaste 10 månaderna fick alla gudstjänster hållas i för-samlingshemmet på grund av en omfattande inre renovering.
Arbetena har huvudsakligen utförts av WSP Management, Måleri & Fasad Bröderna Ek AB, Karlssons Fasadrenovering AB, Närkesten samt Anderssons elektriska, Mjölby.
Kyrkan har både exteriört och interiört försetts med helt nya putslager. Kyrkan har utvändigt återfått den ljusgula ton som den hade vid renoveringen 1906. Invändigt har man bl a åter marmorerat baserna till kapitälen. Hela kalkstensgolvet har lyfts bit för bit och underlaget har bytts ut och dräneringsrör lagts ned. De unika glasmålningarna har lyfts ned och rengjorts. All el- och styrteknik har bytts ut.
