Dateringen av Vibyggerå Gamla kyrka är osäker, men med största sannolikhet fanns den år 1314 då församlingen finns antecknad som eget gäll med kyrkoherde. Även byggnadsstilen avslöjar att kyrkan bör ha tillkommit vid 1200-talets senare hälft eller under tidigt 1300-tal.
Grundplanen till gamla kyrkan är en något snedvinklig rektangel med sakristia, dock inte den sakristia som nu finnes. Den ursprungliga sakristian i sten rasade och en ny av trä byggdes år 1647. Vapenhuset är också yngre än själva kyrkan. År 1730 påbörjades en större renovering interiört. Vid denna renoveringen försågs även kyrkan med utsmyckningar i form av målningar i tak samt på bänkdörrar och läktarskärm. Kyrkan fick sin vackra predikstol år 1740 av Geting.
På 1760-talet kom altaruppsatsen av Johan Edler (med bl.a. Getsemanemotiv) på plats runt korfönstret. De nuvarande stora fönsteröppningarna togs upp kring år 1763.
Kyrkan användes fram till år 1874 då församlingen p.g.a. platsbrist valt att bygga upp Vibyggerå "nya" kyrka och därmed lämnade den gamla till glömska och förfall. Vibyggerå Gamla kyrka stod övergiven fram tills den nya kyrkan eldhärgades av ett åsknedslag år 1916, då gjordes nödtorftiga reparationer och en värmeanordning installerades så att gamla kyrkan kunde användas som gudstjänstlokal under de tre år som det tog att få nya kyrkan återuppbyggd.
År 1935 gjordes en ordentlig renovering av gamla kyrkan, bl.a tack vare ekonomiskt bidrag från direktör Th. Hedberg med fru för Forss AB. Vid renoveringen återställdes kyrkan till det skick den hade efter 1700-talsrestaureringen och vid återinvigningen närvarade H.K.H. prins Vilhelm som hade intresserat sig för projektet.
Nästa stora restaurering gjordes år 1982-83, både in- och utvändigt. Vid denna restaurering förstärkte man bl.a. takstolarna och bytte takbeläggningen på kyrkan södra sida som består av spjälkad furu. Alla fasader putsades med kalkbruk och målades vita. De blyspröjsade fönstren renoverades. Sakristian, som varit på glid, återförankrades vid kyrkan.
2005-2007 har åter fönster, fasad och tak restaurerats.