Eine Kirche in Dornholzhausen ist erstmals für 1480 belegt. Da ein Kirchspiel bereits im 13. Jahrhundert schriftlich erwähnt wird, ist das genaue Alter der Kirche nicht gesichert.[Anm. 1]

Die als Haubenhelm gearbeitete Turmspitze des heutigen Kirchengebäudes wird auf das Jahr 1777 datiert. Die bemalte Kanzel ist das älteste Teil der Kirche und entstand um 1700. 1882 wurde das Kirchturmdach umfassend repariert. Die Orgel der Kirche stammt aus dem Jahr 1900 und befand sich zunächst über dem Altar. 1905/06 wurde gegenüber der Kirche das Pfarrhaus errichtet. 1908 bekam die Kirche einen neuen Glockenstuhl und drei neue Glocken. 1939 wurde das Dach erneut ausgebessert. Nachdem die Kirche im März 1945 von der Wehrmacht beschossen wurde, da ein Vorgeschobener Beobachter der Alliierten im Turm vermutet wurde, wurde 1953 der Innenraum saniert. Dabei wurde zum einen die Orgel an die Eingangsseite der Kirche versetzt und zum anderen eine Empore auf der linken Seite entfernt. 1986 bekam das Kirchenschiff ein neues Dach und die Außenwände wurden neu verputzt. 1995 wurde der Innenraum neu gestrichen und eine neue Gasheizung installiert.[Anm. 2]

Bis 1853 war der Kirchplatz der Friedhof des Kirchspiels. Dort wurde 1883 zum vierhundertsten Geburtstag Martin Luthers eine Eiche gepflanzt, die 2004 gefällt werden musste. Die Eiche war ein Wahrzeichen von Dornholzhausen und findet sich noch heute im Wappen des Ortes wieder. Ein Teil des Stammes blieb stehen und wurde zu einer Skulptur umgewandelt, die verschiedene Motive aus dem Leben Luthers darstellt.[Anm. 3]