Paltamon kirkon rakentamista alettiin suunnitella jo 1800-luvun lopulla, kun seurakunnallinen toiminta Paltaniemeltä käsin oli koettu haastavaksi. Oulujärven pohjoispuolelle, Kiehimäjoen suulle oli ajan myötä muodostunut kunnallinen keskus, Kiehimä ja tänne aloitettiin Paltamon kirkon pohjustustyöt kesällä 1939, mutta talvisodan syttyminen keskeytti rakennustyöt siten, että peruskivi muurattiin vasta 1941. Käynnissä olevat rakennustyöt keskeytyivät uudestaan jatkosodan myötä. Lopulta materiaali- ja työvoimapulan haasteiden jälkeen Paltamon tiilistä rakennettu ja valkoiseksi rapattu kirkko vihittiin käyttöön 4.8.1946.
Arkkitehtuuriltaan kirkko on kolmilaivainen hallikirkko, jossa pääsisäänkäyti sijaitsee itäpäädyssä ja kuoriosa länsipäädyssä. Kellotapuli kohoaa suoraan sisäänkäynnin yläpuolella. Kirkonkello on ostettu Konevitsan luostarista sodan jälkeen. Urut ovat Kangasalan urkutehtaan valmistamat ja ne saatiin kirkkoon vasta 1950. Kirkon alttaritaulun on maalannut paltamolaissyntyinen taiteilija Toivo G Tuhkanen.
Kirkon vierelle rakennettiin seurakuntalaisten iloksi kaunis pikkukirkko, se vihittiin käyttöön 22.9.2016.