Kirkestedet Atrå, (nord for Tinnsjøen) går tilbake til middelalderen. Dagens Atrå kirke avløste en stavkirke fra 1100-tallet hvis portal er å se i Universtetets oldsaksamling, Kulturhistorisk museum, den dag i dag. På museet finnes også planker med runeinskripsjoner fra stavkirken. Litt utpå 1800-tallet var stavkirken for liten, og dessuten i dårlig stand, og det ble i 1825 søkt om å få erstatte den med en korskirke. Da dette ble avvist, avventet man arkitekt Hans Ditlev Franciscus von Linstows mønstertegninger, som ble levert noe forsinket i 1827. Disse viste en laftet, upanelt langkirke i empirestil, men de vakte noe misnøye hos byggekomiteen og sognepresten, som mente at den ville bli for liten, og at vinduene svekket konstruksjonen. Dessuten manglet lokal kunnskap om skjøting av laftetømmer. For øvrig var bindingsverk ukjent på det tidspunktet, så man ville lafte tårnet. Prosessen trakk ut, Linstow korrigerte tegningene, som ble utgitt i bokform sammen med andre kirketegninger, og i Atrå fikk man tak i byggmesterne Christen Aslachsen Rustan (eller Rugstad) og Christen Andersen Stensaas fra Skien. Kirken ble oppført i 1833-34, og den ble innviet den 4. september 1836.
Vi snakker altså om en laftet langkirke. Den har vesttårn, rektangulært skip og kor i øst (eller øst-sørøst), og antall sitteplasser oppgis til 300. Det har vært gjort enkelte endringer. I 1895 ble gangen bak alteret fjernet. I 1908 ble interiør og inventar betydelig endret under ledelse av Haldor Børve. Sidegalleriene ble fjernet, himlingen ble kledd med strie og inndelt i felt, galleribrystningen fikk lister som delte den i felt, kirken fikk nye benker, og den fikk altertavle der det tidligere hadde vært brukt et kors. I 1922-24 fikk kirken et sakristitilbygg i forlengelsen av koret, og det tidligere sakristiet sør for koret ble omgjort til orgelhus. Det var ny oppussingsrunde i 1951-52, der blant annet prekestolen ble rosemalt av Øystein Orekås, visstnok mot Riksantikvarens vilje. Kirken er formmessig og til dels overflatemessig preget av empire, men altså med innslag av telemarksk rosemaling, en kombinasjon de fleste finner kledelig i dag.
Altertavlen fra 1908 har et bilde av måltidet i Emmaus (jf.Luk. 24) som er malt av Lars Osa, etter Eilif Peterssens altertavle i Kristiansand domkirke. Prekestolen er i utgangspunktet i empirestil, men har altså blitt rosemalt på 1950-tallet. Det skal også finnes en prekestol (samt enkelte andre gjenstander) fra stavkirken i sakristiet. Døpefonten er på alder med kirken. Kirken sies å ha et Jørgensen-orgel, og av de tre kirkeklokkene, er to overført fra stavkirken, mens den tredje ble støpt i 1925.
Kirken er omgitt av sin kirkegård. Sørvest for kirken står et hus som formodentlig er bårehus.
Kirkehistorisk kan det tilføyes at Atrå i sin tid var hovedsogn i Tinn prestegjeld, og at presten bodde der. Tinn prestegård er like over veien fra kirken, men dagens våningshus er fra 1970-tallet. I 1948 ble Rjukan med Dal skilt ut som eget prestegjeld.
Det var bispevisitas i Tinn i mars 2014.
Kilde: Norske Kirkebygg