Þingvallakirkja er í Þingvallaprestakalli í Árnesprófastsdæmi. Talið er að kirkja hafi verið byggð á Þingvöllum skömmu eftir kristnitökuna árið 1000 og hennar er víða getið í fornritum. Ólafur konungur digri gaf við til kirkju á Þingvöllum árið 1015 og mikla klukku, sem enn er til, segir Snorri Sturluson í Heimskringu um 1230. Líklega var þetta norsk stafakirkja, sem var nefnd Þingmannakirkja, og stóð á svipuðum slóðum og núverandi kirkja. Innan kirkjugarðs stóð bændakirkja að auki. Elzti máldagi kirkju þar er frá síðari hluta 14. aldar. Þá var hún helguð Ólafi helga. Einn kunnasti klerkur, sem sat á Þingvöllum var Alexíus Pálsson, síðar síðasti ábóti í Viðeyarklaustri.

Haraldur harðráði sendi við og klukku til kirkjunnar á Þingvöllum. Þá var hún líklega endurbætt og turni bætt við hana, en hún fauk í ofviðri 1118. Síðan hefur staðið ein kirkja á Þingvöllum, helguð Ólafi helga í katólskri tíð. Kirkjan var eign bóndans á Þingvöllum fram á 15. öld. Hún var flutt upp á grunn Þingmannakirkjunnar vegna vatnsaga í kirkjugarðinum 1523. Líkt og nú voru haldnar guðsþjónustur við upphaf þings á goðaveldistímanum. Kirkja Ólafs helga eignaðist Þingvelli snemma á 15. öld og um 1570 Skjaldbreið, urriðaveiði í Öxará, silungsveiði í Ólafsdrætti og jarðirnar Syðri- eða Neðri-Brú í Grímsnesi og Kárstaði, Heiðarbæ og Stíflisdal í Þingvallasveit. Vatnskot , Skógarkot, Arnarfell og Svartagil voru hjáleigur, sem fylgdu með. Auk þess átti kirkjan tvær klukkur og margar fánýtar bækur og lausagóss, sem var virt á 80 hundruð.

Um 1500 breyttist staða kirkjunnar á Þingvöllum. Hún varð að lénsjörð prestsins á staðnum. Í Jarðabók Árna og Páls 1711 hefur kirkjan komizt yfir Bessastaði að auki. Séra Símon Beck lét reisa núverandi kirkju 1859. Nýr turn var byggður 1907 (Rögnvaldur Ólafsson), og í honum hanga þrjár klukkur, ein forn, önnur frá 1697, vígð af Jóni Vídalín, og hin þriðja er mest, „Íslandsklukkan" frá 17. júní 1944. Gert var við kirkjuna 1973 og 1983. Prédikunarstóllinn er frá 1683, skírnarfonturinn er verk Guðmanns Ólafssonar, bónda á Skálabrekku (gjöf frá Kvenfél. Þingvallahr.) og Ófeigur Jónsson, bóndi í Heiðarbæ málaði altaristöfluna 1834. Þessa töflu keypti síðan brezka listakonan Disney Leith árið 1899 og gaf hana kirkjun sinni á Wight-eyju í Ermasundi.

Taflan kom aftur til Þingvallakirkju og var endurvígð 1974.  Sama ár var turninum breytt.  Árið 1896 eignaðist kirkjan altaristöflu eftir danska málarann Anker Lund. Báðar töflurnar hanga uppi í kirkjunni, sem er í ríkiseign og í umsjá Þingvalla- og sóknarnefndar. Árið 1939 var gerður þjóðargrafreitur bak við kirkjuna. Einar Benediktsson var jarðsettur þar 27. janúar 1940. Þingvallanefnd veitti heimild til að flytja jarðneskar leifar Jónasar Hallgrímssonar til Þingvalla 1946 og 16. nóvember var haldin minningarathöfn í tilefni endurjarðsetningar Jónasar.