Årringsdateringer viser at viktige deler av kirken stammer fra midt på 1200-tallet, men noen deler er også eldre og noen yngre. En runeinnskrift i koret blir datert til 1167 og har blitt tolket som en innvielsesinnskrift. Akkurat når den ble reist er usikkert, men dateringen har vekslet fra 1200-tallet til et godt stykke utpå 1300-tallet. Kirken blir indirekte omtalt i en skriftlig kilde i 1315, da sira Eilif, som var prest i Heddal, nevnes i et makeskifte. Rester av eldre byggemateriale, påvist ved dendrokronologiske undersøkelser, gjør at man antar at det kan ha vært minst en eldre kirke på stedet. Koret i nåværende kirke kan ha tjent som skip i en eldre bygning.