Eftir að gamla kirkjan frá 1877 var dæmd óhæf til viðgerðar var ný kirkja byggð á árunum 1965-1971. Klukknaportið var síðan reist árið 1974. Bjarni Óskarsson byggingarfulltrúi Vesturlands teiknaði kirkjuna. Yfirsmiðir voru Davíð Jensson, Gunnar Jónsson og Þorvaldur Brynjólfsson. Stóra-Vatnshornskirkja er timburkirkja á steinsteyptum grunni.
Flest er nýtt í kirkjunn. Aaltaristafla er þó gömul og kemur úr eldri Hjarðarholtskirkju, líklega frá miðri 18. öld. Á Byggðasafni Dalamanna eru varðveitt altari, grátur, prédikunarstóll, ljósastandur og hrákadallar úr gömlu kirkjunni.
Stóra-Vatnshorn hefur verið sóknarkirkja Haukdælinga eins lengi og heimildir ná til, um 1200. Þar hefur aldrei verið prestsetur, en hún verið útkirkja frá Kvennabrekku eða Sauðafelli. Stóra-Vatnshornssókn tilheyrir nú Dalaprestakalli.