Kyrkan är uppförd i gråsten och delar av tegel. Den är vitrappad och försedd med skiffertak. Tornet som är 86 meter högt är täckt med kopparplåt.

TRIUMFKRUCIFIXET
Det mäktiga Triumfkrucifixet är placerat centralt i mittgången och har en höjd av 6 m och en spännvidd av 3,5 m. Kortändorna pryds av medaljonger med bilder av de fyra evangelistsymbolerna. Själva Kristusgestalten (c:a 2 m hög) präglas av såväl medeltida som renässansmässiga stildrag. En anonym träsnidare, benämnd Stora Tuna-mästaren, anses vara skaparen till krucifixet, vilket troligen tillkom i början av 1500-talet.

ALTARTAVLAN
Tavlan anses vara en kopia till en målning utförd år 1695 av hovmålaren David Klöcker Ehrenstrahl. Sedan 1705 har den varit i kyrkans ägo. Den återger korsfästelsen i högbarockens dekorativ-illusionistiska stil. Tavlans ramverk, som tillkom 1721, är utförd av bildhuggaren Sven Sandell, Stockholm.

PREDIKSTOLEN
Den magnifika predikstolen från 1757 har lånat sitt formspråk från såväl barocken som rokokons stilar. Den är utförd av Johan Ljung som kring mitten av 1700-talet tjänstgjorde som ornamentsbildhuggare på Stockholms slott.
Det sägs att korgens reliefer över bibliska motiv ska ha givit en av bygdens stora söner, Johan Olof Wallin, inspiration till några av hans psalmer.

DOPFUNTEN
Dopfunten är från 1500-talet och utförd i uppländsk kalksten. Traditionsenligt består den av fot, vulst och cupa (skål). Band- och knutornamenteringen som syns på vulsten härleder sig från medeltida mönstergivning.

EPITAFIER OCH ANDRA MINNESTAVLOR
Vid de främre pelarna, på ömse sidor om koret, hänger ett par epitafier som daterar sig till början av 1700-talet. Till höger hänger epitafiet över Petrus Gangius, kyrkoherde i Stora Tuna 1676 - 1707, och dennes maka. Till vänster hänger det Engmanska epitafiet uppsatt till minne av ett gästgivarpar från Naglarby. Längre bort till vänster, över den s k ”Gapskullen”, vilken under en tidig epok i kyrkans historia tjänstgjort som orgelläktare och plats för kören, hänger porträttet av Tuna-sonen Johan Olof Wallin. Det är målat 1842 av konstnären Johan Gustaf Sandberg. En minnestavla av Gustav II Adolf från året 1642 är placerad längre ned på norra långväggen (t v om ingången). Det är kyrkans äldsta tavelverk. 

Till höger om ingången, utefter södra långväggen finns två krönta konunga-porträtt (kopior eller repliker) som föreställer Karl XI och Karl XII och har upphovsman den ovan omnämnda David Klöcker Erenstrahl.
 
SAKRISTIAN
Sakristian som är belägen i kyrkans nordöstra hörn är en vitrappad sal täckt av låga kryssvalv. Bland de äldsta föremålen som här förvaras är ett silversigill, ”menige dalaallmogens sigill” från sekelskiftet 1400 - 1500. Från senare datum är ett exemplar av Gustav Vasas bibel av år 1541, och från 1600-talets mitt en vinkanna och en oblatask av silver. 

På väggarna hänger porträtten av några av de kyrkoherdar som under årens lopp tjänstgjort i kyrkan. Bland de mer namnkunniga är Magnus Sahlstedt som var herde 1725 - 1752 och som lät iordningställa det till sakristian anslutna Sahlstedtska gravkoret.
 

ORGLAR
Ursprungligen stod orgeln på gapskullen i koret, men sedan 1698 har huvudorglarna varit placerade på den då uppförda västläktaren.

Dagens huvudorgel tillkom 1969 och är byggd av A. Magnussons Orgelbyggeri i Mölnlycke och omfattar 43 stämmor. Den två år äldre kororgeln har samma ursprung och är placerad till höger om altaret.

Läs mer (pdf-fil) om Orglarna i Stora Tuna kyrka.
 
MINNESSTENAR
På kyrkvallen restes år 1881 en minnessten över Johan Olof Wallin - "Davidsharpan i Norden"- som föddes i Skomsarby 1779.

Vid en ceremoni på årsdagen efter Estonia-katastrofen, den 28 september 1995, avtäcktes öster om kyrkan det mäktiga monumentet - "Bruten våg" - till minnet av de 48 personer från Dalarna som följde fartyget i djupet.