Kyrkan började byggas under medeltiden, omkring år 1300, men av den ursprungliga kyrkan finns i dag inte mycket bevarat. I stället präglas byggnaden till stor del av stormaktstidens 1600-tal, då bland annat gravkoren och altaruppsatsen tillkom.
Sitt nuvarande grundläggande utseende fick kyrkan i samband med en omfattande ombyggnad som färdigställdes 1783. Då uppfördes bland annat korsarmarna och sakristian.
Den senaste större förändringen av exteriören genomfördes 1885, när tornhuven tillkom.
Åren 2011–2012 genomgick kyrkan en omfattande invändig renovering. På påskdagen 2012 återinvigdes Västra Vingåkers kyrka – modern och funktionell, men med sina historiska rötter bevarade.