Der Bau besteht aus einem romanischen, verputzten Nordflankenturm mit späterem Fachwerkgeschoß und einer 1903 von dem bedeutenden Stuttgarter Architekten Heinrich Dolmetsch aus rotem Backstein erbauten Saalkirche mit Chor und Westturm.

Der Entwurf für den Neubau der Kirche basiert auf den 1861 im "Eisenacher Regulativ" zusammengefaßten, an der Liturgie orientierten Richtlinien für den ev. Kirchenbau. Seit 1880 galt für kleinere Dorfkirchen ein asymetrischer Grundriß als vorteilhaft. So ist auch hier in Willmandingen der Chor mittig zum Kirchenraum ausgerichtet und die einseitige Längsempore seitenschiffartig an der Nordseite untergebracht. Diese erfährt durch den Westturm einen äußeren Abschluß.

Das äußere Erscheiningsbild der Kirche wird von einem Rückgriff auf frühgotische Elemente bestimmt, die hier auf ihre Grundform reduziert und in künstlerisch gelungener Weise zu einem eigenen, in Buntsandstein ausgeführten Gliederungssystem zusammengefügt wurden. So sind etwa die an der West- und Südseite mittig angelegten Eingänge mit nüchtern wirkenden, wimperartigen Verdachungen versehen und in die ungeteilten Spitzbogenfenster je zwei kleine Lanzettfenster eingestellt.

Das noch weitgehend erhaltene Innere der Kirche ist ein selten gewordenes Beispiel für einen einheitlich gestalteten, historischen Kirchenraum und außerdem ein qualitätsvolles Zeugnis für die Handwerkskunst jener Zeit.

Die Willmandinger Kirche war ursprünglich eine dem Hl.Gallus geweihte Chorturmkirche. Im Zuge des Kirchenbaus 1903 wurde der Chorraum als Nordflankenturm in den etwas nach Süden versetzten Baukörper mit eingebunden und renoviert. Der Turm erhielt ein zusätzliches Fachwerkgeschoß. An der südlichen Außenwand ist ein heute verwitterter, klassizistischer Grabstein des letzten Amtmanns in Willmandingen, Johann Jakob Volz eingemauert. Bei Instandsetzungsarbeiten im Jahre 1969 wurde dank der Aufmerksamkeit des beauftragten, einheimischen Malermeisters Hans Ulmer festgestellt, daß sich unter mehreren, zum Teil dicken Überputzungen an den Wänden Malerien befinden.

In dem kleinen, heute als Sakristei genutzten Chor im Erdgeschoß des Turmes befindet sich ein Freskenzyklus der Zeit um 1220/30. Diese in zwei Reihen übereinander angeordneten Wandbilder sind ein herausragendes kunst- und kulturgeschichtliches Dokument, nicht nur für die Gemeinde Willmandingen, sondern überregional, da in Schwaben nur noch wenige Darstellungen aus dieser Epoche erhalten sind.Die in der üblichen Kalk-Secco-Technik entstandenen Bilder auf den drei Wänden des ehemaligen Chorraums stellen Szenen aus dem Leben Jesu dar. Auf der Nordwand bestimmt die Kindheitsgeschichte Jesu, auf der Ostwand die Passion und auf der Südwand das Jüngste Gericht die Themen der einzelnen Szenen.

Erwähnenswert sind noch die auch für die Nebeneingänge, qualitätsvoll gearbeiteten Türen, die auch außerhalb der Gottesdienste immerwieder geöffnet sein sollen, damit viele Menschen - Einheimische wie Durchreisende - die Schönheit und die Ausstrahlung unserer besonderen Kirche für sich erleben können.