På samma plats stod tidigare en medeltida träkyrka. Holmedals kyrka är uppförd i nyklassicistisk stil och har en tämligen oförändrad exteriör.
Vid en genomgripande restaurering på 1930-talet slogs bland annat tunnvalv över koret och altaruppsatsen i barockstil från den gamla kyrkan placerades i koret. Under 1996 genomgick kyrkan en omfattande renovering då bland annat altaruppsats och predikstol konserverades.
Nära kyrkan ligger prästgården med manbyggnad från 1806 och Karl XII-stugan, hitflyttad 1739. I den sistnämnda lär enligt traditionen Karl XII ha förberett sina fälttåg mot Norge.