Fredriksvern Verft ble anlagt i 1750, og kirken ble så oppført som garnisonskirke og innviet seks år senere.
Kirken er bygget i rokokkostil av hollandsk tegl, og har utvendig mørkeblå, glasert taksten. Dagens utseende er en rehabilitering av kirken fra 1880-tallet.
Gulvet er formet som et kors, og Fredriksvern kirke har fortsatt den to-etasjer store altertavlen som den fikk til innvielsen i 1756. Det er valmtak i kirken. Over inngangsdøra er Fredrik V. sitt speilmonogram i typisk rokokkostil.
Det finnes 350 sitteplasser i kirken.