Den opprinnelige kirken hvor Sandefjord Kirke i dag står, var en liten hvit trekirke fra 1872. Den gikk med i bybrannen i 1900, sammen med store deler av sentrum for øvrig. Etter brannen ble dagens Sandefjord Kirke bygget i tegl, og stod ferdig i 1903.
Innvendig er kirken senere blitt betydelig fornyet. Altertavlen ble laget i 1963 av Dagfinn Werenskiold, og består av 17 felter grovt hugget i mahogny. Den er av betydelig størrelse og inneholder scener fra Jesu liv.
Sandefjord Kirke er kjent for sin gode akustikk, og det arrangeres en rekke konserter både på dag- og kveldstid.
Klokkespillet i Sandefjord Kirke er datastyrt, og er av internasjonal standard. Det spiller hver time på dagtid.
Kirken er kun åpen i forbindelse med kirkelige handlinger og annonserte arrangementer, samt onsdager på sommeren.
Kirken har 600 sitteplasser.