Under det tidiga 1200-talet byggdes den första stenkyrkan på platsen, en tidigare träkyrka kan ha funnits men för detta finns inga belägg. Kyrkan låg då på en höjd över havsviken Vågsfjärden vars strandkant låg betydligt högre än idag. Den första var en liten romansk korkyrka. En motsvarande men betydligt större finns bevarad i Alnö gamla kyrka. Under kyrkans första 200 år utvecklades byggnaden snabbt.
Kronologisk ordning på utvidgningen är osäker men borde ha skett i följande ordning: En sakristia mot korets norra vägg tillkom, därefter vapenhuset. Koret breddades och hela kyrkan förlängdes åt väster och man fick en gotisk salskyrka enligt 1300-talets mode. Den sista stora förändringen skedde troligtvis i början av 1400-talet när kyrkans breddades mot norr. Detta innebar att den gamla sakristian kom att ligga inom kyrkorummet. Gamla sakristians norra vägg återfinns i den ”nya” norrväggen, då denna var smalare än den nya väggen jämnades denna till på insidan med tegel. I sitt nuvarande utförande var kyrkan Ångermanlands största kyrka med sina 28×16 meter och plats för 600 personer. Denna typ av utvidgning är för landsänden ovanligt tidig men kan förklaras av det faktum att Nordingrå kyrka var prostkyrka under 1300-talet. Prosten över Ångermanland hade nämligen sitt säte i Nordingrå.
Skrifter finns som berättar att flertalet saker förnyades i kyrkan under kyrkoherde Christian Bozaeus tid, 1673-1686. Bland annat att kyrkan blev kalkslagen utanpå, om detta var första gången är oklart. Vid utgrävningen kunde klarläggas att kyrkan varit putsad i vitt och försedd med en ca 70 cm hög svart sockel. Vidare får vi veta att i kyrkan, under Bozaeus tid, höjdes kyrko-rummets golv när ett nytt golv lades in i kyrkan och att kyrkan fick nya bänkar med dörrar samt ny läktare med bänkar. Utvändigt kläddes bogårdsmuren med liggande spåntak och klockstapeln nyuppfördes på en ny plats.
Invändigt var kyrkan putsad och målad med enkla rankliknande mönster i svart, rött, rödbrunt, gult och grönt. Fragment av dessa hittades vid utgrävningen
Redan i slutet av 1700-talet började det talas om att bygga en ny större kyrka. Den 5 november 1795 dömdes kyrkan ut enligt Härads Syne Rättens utslag. Men byggandet av en ny kyrka gick relativt trögt. Inte förrän 1825 kom byggandet igång och den nya kyrkan kunde invigas 1829. Strax efter detta revs troligtvis den gamla kyrkan delvis. Vissa stenar återanvändes i nya kyrkans bogårdsmur. Vid en visitation 1837 nämns inte gamla kyrkan vilket torde tyda på att den då var ruinlagd. Resterna av de gamla murarna försvann snart under gräs och buskar och grävdes ut och restaurerades först 1938–1939. Utgrävningen skedde i två etapper, under sommaren 1938 grävdes ruinen fram och sommaren därpå konserverades ruinen. På 1930-talet innebar detta en viss tillrättaläggning och vissa delar murades upp för att bättre åskådliggöra byggnadskroppen. Sydvästra och nordvästra hörnen var ursprungligen rivna ner till kallgrunden, detta skedde sannolikt när vägen drogs om 1927. Dessa hörn återmurades så de kom i nivå med angränsande murpartier.