Kirkebygget er oppført av stein med takverk av tre. Årringene i tømmeret kan gi helt spesifikke år for felling, dette gjør at vi kan finne ut omtrent når kirken ble bygd. Undersøkelser av tømmeret i takverket viser at det ble felt vinteren 1166-67. Det er derfor sannsynlig at kirken sto ferdig i 1170. Hvis tømmeret ble felt i 1166-67, må oppmuringen av selve kirken ha startet en del år tidligere, trolig allerede i 1130. Koret var den delen av kirken som ble bygd først, siden dette er den eldste delen. Oktogonen er ikke en del av den opprinneluge kirken, men ble bygget til på østsiden av koret. Alstadhaug står derfor som eneste stenkirke i Trøndelag som fikk utvidet koret. Inspirasjonen til tilbygget kommer fra oktogonen i Nidarosdomen, siden paven besøkte domen, og brakte med seg St. Peters relikvie, en finger, som gave. Nidarosdomen var allerede viet til og huste St. Olav og hans relikvier, derfor ble det bygd et oktogon, hvor relikviet til St. Peter kunne oppbevares på Alstadhaug.