Hagby kyrka är en av Sveriges få (sammanlagt åtta i dagens Sverige) bevarade rundkyrkor. Hagby kyrka är den rundkyrka, vars medeltida exteriör är bland de bäst bevarade i landet; även absiden och de höga murarna för ovanvåningen finns kvar. Den kan dock, när det gäller absiden, jämföras med en annan rundkyrka, Skörstorps kyrka utanför Falköping. På korväggen och under orgelläktaren finns fragment av medeltida kalkmålningar; från medeltiden har också bevarats en dopfunt och ett triumfkrucifix. Vid den senaste renoveringen har man försökt lyfta fram byggnadens gamla, slutna karaktär, så att den nu framstår som det kanske bäst bevarade exemplet på rundkyrkoarkitektur, vilken annars är mest känd från Bornholm.
Föregångare till Hagby stenkyrka var Sankt Sigfrids träkapell, som låg ett par kilometer söder om nuvarande kyrkobyggnaden. Stenkyrkan började uppföras i slutet av 1100-talet med avsikt att tjäna både som helgedom och försvarsborg. I murarnas överdel finns därför 17 skott- eller kastgluggar. Under seklernas lopp har kyrkan haft olika gestaltningar. Ursprungligen tycks det ha funnits ett centraltorn och mellan detta och ytterväggarna har det funnits två à tre olika våningsplan. Detta torn revs emellertid troligen under 1660-talet.
Under 1760-talet tillkom en ny altaruppsättning, av vilken återstår en altartavla och vissa figurer. Nuvarande tunnvalv av trä torde ha tillkommit under 1830-talet samt är täckt med kyrkspån. År 1923 togs en ny altartavla i bruk. Efter ett förslag av Rolf Bergh gjordes en omfattande inre restaurering 1965-1968.
