Arkitektene J.L. Andersen og K.H. Irgens ledet arbeidet med gjenoppbyggingen av stavkirken. Prosjekt- og byggeledelse ble utført av ingeniør Egil O. Laastad. Kirken ble oppført som en tilnærmet replika av konstruksjonen som hadde gått tapt i brann, men ikke utført prosessuelt autentisk. Gjenoppbyggingen var en utfordring for byggmester og tømrer ettersom det ikke var blitt bygget stavkirker i Norge på mange hundreår, og den eksisterende byggekunnskapen var beskjeden. De fleste bygningsdelene ble laget på stedet etter oppmålinger og eksisterende tegninger. Det ble brukt tømmer av 400 år gamle furutrær fra Kaupanger i den nye kirken.