Det har stått kirke i Stoksund lenge før dagens bygg. Et kirkested er nevnt i kildene fra 1533, og trolig lå det et kapell her allerede på 1300-tallet. Omkring 1670 ble det reist en ny kirke i nærheten, men ikke på Refsneshalen, der kirka står i dag.
Dagens kirke ble innviet 10. juli 1825 av biskop Peder Olivarius Bugge. Det er en åttekantet tømmerkirke på om lag 14 ganger 11 meter, oppført av lokale byggmestre etter tegninger knyttet til bergråd og arkitekt Christian Ancher Collett. Bordkledningen utvendig kom to år senere, og i 1829 fikk rommet den blå stjernehimmelen og de marmorerte søylene som fortsatt preger interiøret.
I 1885 var kirka blitt for liten. Arkitekt Ole Falck Ebbell tegnet korsarmer mot nord og sør, nye inngangspartier med trapper opp til galleriet, større vinduer og skifertak. Sytti år senere sto bygget for tur igjen: i 1954–55 ledet arkitekt John Egil Tverdahl en omfattende ombygging der tilbyggene fra 1885 ble revet og satt opp på nytt i laftet tømmer, med nytt sakristi i øst. Samtidig ble den overmalte dekoren i kirkerommet hentet fram og satt i stand.
Christian Ancher Collett (1771–1833) var bergråd og statens byggkyndige rådgiver og vurderte og rettet offentlige byggeprosjekter, blant dem kirker i Trøndelag og på Agder. Ole Falck Ebbell (1839–1919) studerte i Hannover og Zürich, drev arkitektpraksis i Trondheim og satt i restaureringskommisjonen for Nidarosdomen. John Egil Tverdahl (1890–1969) arbeidet med Nidarosdomen fra 1917 og tegnet og restaurerte en lang rekke kirker i Trøndelag og Nord-Norge, blant dem Bjugn kirke.
Kirka ligger på Refsneshalen ved Stokksundet, der Stokkøybrua i dag binder fastlandet sammen med Stokkøya. Stoksund var egen kommune fram til 1964 og hører nå til Åfjord. I 2005–06 ble tømmer i vest- og sørveggen skiftet ut, taket utbedret og det digitale orgelet tatt i bruk. Kirka har omkring 200 sitteplasser.
