I tidsrommet 1913-1918 gjennomgikk kirken en omfattende ombygging og restaurering. Arbeidet begynte i 1913 og ble fullført i 1918. På den tiden skjedde frakt med hest og det tok tid å frakte inn materialer til Røldal. Interiøret ble restaurert av Domenico Erdmann i 1917. Bordkledningen fra 1800-tallet ble fjernet og renessanseinteriøret restaurert. Det ble bygget en ny, innkledd svalgang rundt kirken for å beskytte veggbordene. Bygningsrestaureringen ble ledet av Jens Z. Kielland, mens fargerestaureringen ble utført av Domenico Erdmann, som ble assistert av malerne Alfred Hagn og Ulrik Hendriksen. Rosemalingen fra 1630 ble avdekket ved restaureringen. Ved ombyggingen i 1844 forsvant så mye av dekoren at Erdmann hadde få holdepunkter for restaureringen.