1695 lades grundstenen till den nuvarande kyrkan. Söder om kyrkan ligger Gräsö gård, f.d. Kungsgård. Ett enkelt kapell tros ha legat i Söderboda by. Detta förföll och revs omkring 1640. Det andra kapellet på Gräsö var ett enkelt kapell strax
norr om Gräsö gård. Gräsö hörde i kyrkligt hänseende till Börstils församling. Den nuvarande kyrkan byggdes av Anders Johansson 1695-97. Han gjorde 146 dagsverken. Dessutom tillkom 642 dagsverken av flera timmermän, för uppsättandet av kyrkan. Kyrkan är uppförd med liggande timmer på en sockel av kullersten. Den rödfärgade spånbeklädnaden som idag skyddar väggarnas timmer, tillkom något senare än kyrkan. Taket var ursprungligen spåntäckt. 1906 ersattes spåen med järnplåt. Vapenhuset tillkom samtidigt som kyrkan. Sakristian byggdes 1753 som ett led i den succesiva upprustning som pågick efter den vandalisering som kyrkan utsattes för under ryssarnas härjningar på ön 1719.
Inredningen är huvudsakligen tillkommen efter 1746. Kyrkan hade ursprungligen sluten bänkinredning (bänkdörrar). Dessa är sedan 1887 borttagna. Till kyrkans 300-års jubileum 1997 gjordes en genomgripande restaurering av kyrkan. Bl.a. försågs kyrkan med nytt golv och nytt uppvärmningssystem. Några av kyrkans nedre bänkar togs bort för att bereda plats för en ljusbärare. Till jubileet anskaffades även en ny gångmatta liksom en kormatta till kyrkan. Båda mattorna är designade och vävda av Margareta Jansson, Ängsgrind. Ljusbäraren har tillverkats av förre kyrkvaktmästaren Stig Söderhom och är en miniatyr av en skötbåt, en för Gräsö typisk båtmodell.
Altaret
är av trä och tillverkades på 1800-talet. Den ursprungliga färgen, en marmorering av grönt och grågrönt framtogs 1933. Altarskåpet härrör från sent 1400-tal. Det inköptes 1743 från Edebo kyrka av Johan Hallman och skänktes till Gräsö kyrka.
Predikstolen
är till en del den ursprungliga, som tillverkades 1697 av snickaren Per Olofsson. På 1740-talet kompletterades korgen med underrede och ljudtak och fick sin nuvarande plats.
Läktaren
i väster byggdes 1748-49 av byggmästaren Jacob Ersson. Läktarskärmens fyllningar har haft målade scener med tillhörande text med språkband. Målningarna framtogs 1933 men är till följd av övermålningen 1887 numera så förstörda, att de svårligen kan tolkas.
Votivskeppet
som hänger mitt i kyrkan är ett riggat votivskepp. Skeppet köptes 1765. 1880 sattes det i stånd. Segel och flaggor syddes av öns barnmorska och lärarinnan vid kyrkskolan.
Skötbåten
som finns i kyrkan är ett minne av Örskärsolyckan.
Kyrkogården
anlades 1689. Bogårdsmuren av gråsten tillkom 1790-94. Kyrkogården har utvidgats i senare tid.
Klockstapeln
Den första klockstapeln uppfördes på 1740-talet. Sin nuvarande brädbeklädnad fick stapeln 1906. Stapeln renoverades 1990. Före 1719 fanns två kyrkklockor av järn. Den ena togs av ryssarna. Av de nuvarande klockorna är lillklockan äldst. Den göts 1750. Storklockan göts 1788.
Naturens tempel
Templet är en gåva från Biskop e.m. Martin Lönnebo till Öregrund-Gräsö församling.
Byggdes 1996 hos familjen Britt-Louise och Martin Lönnebo vid Oxsten på Gräsö. Grannen Doris Asplund bidrog med att måla orre, fjällripa, skrattmås, sädesärla, havsörn, uggla, svalor…
Templet skänktes 2005 till församlingen och flyttades året därpå till sin nuvarande plats på Gräsö kyrkogård.
Naturens Tempel är unikt i världen och inspirerat av Bibelns paradis.