Hemsjö kyrka är en kyrka med unika inventarier. Hemsjömanualet och en medeltida dopfunt med runskrift hittar du bara i Hemsjö kyrka. Den nuvarande kyrkan är troligtvis den fjärde i församlingens historia. De tre första låg på gamla kyrkplatsen 900 meter i östlig riktning.
Den nuvarande kyrkan invigdes den 5 oktober 1862 och är en enskeppig basilika, en typisk representant för 1800-talets kyrkobyggnadskonst. Inventarierna är från skilda tidsepoker.
Det förnämsta är Hemsjömanualet. Det är den enda kända handbok för kyrkliga handlingar under katolsk tid som bevarats från Skara stift och som med säkerhet kan lokaliseras till en bestämd kyrka.
I kyrkans mitt finns sedan midsommardagen 2005 åter den gamla medeltida dopfunten som tillhör Statens historiska museer i Stockholm. Denna dopfunt är helt unik i sitt slag eftersom den har en runskrift som varit föremål för många forskares tolkning.
När den gamla kyrkan blivit för liten för den växande församlingen beslöt man att bygga en ny. Ritningar upprättades av arkitekt F W Scholander vid Överintendentsämbetet år 1854. Kyrkan kom att uppföras på en ny plats, den s.k. "Bräckan" sydväst om gamla kyrkbyn.
Hemsjö kyrka är en enskeppig salkyrka uppförd 1857–59 och invigningen ägde rum 1862.. Kyrkan består av torn i väster, långhus, indraget polygonalt kor i öster.
Murarna är putsade såväl in- som utvändigt. Långhuset har sadeltak, korets tak är valmat. Dessa är täckta med skiffer.
Tornet bär en rundad, fyrkantig huv och från huven reser sig en fyrkantig lanternin med rundbågsöppningar. Huv och lanternin bär ärgad kopparplåt. Interiört består golvet i långhuset och rum under läktaren av smala fernissade furubräder, i vapenhuset består golvet av hyvlade grå kalkstensplattor i fallande längder, i tornvåningarna består golvet av brädgolv och golvet på läktaren består av gradänggolv.
Långhuset och koret har tredingstak med synliga bjälkar och reverterade fält, gesimslist och tidstypiska dekormålningar.
Fönstren i långhus och kor sitter i stora rundbågiga fasadöppningar, fönstren i tornet sitter i norr, söder och väster i runda fasadöppningar och i norr en öppning för en lunett. Förutom tornets västra port har också långhuset två portar. Korets port är placerad i öster.
Läckor i yttertaket föranledde omfattande arbeten 1922–24. Innertaket var rötskadat liksom lanterninens bärbjälkar. Vidare hade klockvåningens bjälklag försvagats av urtagning för trappa.
1935 ersattes kaminerna av centralvärme med lågtrycksånga och kyrkan försågs med ett under långhuset ingrävt pannrum.
1955 ommålades interiören.
1959 installerades åskledare.
1982 installerades en ljudanläggning. Detta och följande år ommålades exteriören.
1984 ombyggdes vapenhuset.
1992 omputsades tornet som uppvisade rikligt med bomputs. Hela kyrkan avfärgades med kalk.
1994 omlades det läckande skiffertaket. Det norra takfallet gjordes helt nytt.
2003 renoverades interiören.
Under 2009 utfördes omfattande fasadrenoveringar.
År 2016–17 byggdes en ny trappa till läktaren samt en handikappanpassad toalett.