Odensala kyrka ligger på en gammal offerplats, Odensharg, till asaguden Oden. På 1000-talet byggde man en träkyrka på platsen och strök det hedniska ordet "harg" och ersatte det med "sal", i betydelsen tempel. På 1100-talet ersattes träkyrkan med långhuset i gråsten, under 1200-talet tillkom sakristia, vapenhus och tornet, på 1300-talet slogs valven i långhuset.
På 1400-talet utvidgades långhuset åt öster och ny sakristia och vapenhus tillkom samt kalkmålningar målades av Albertus Pictors verkstad i slutet av 1490-talet, en av de sista kyrkor Albertus var med att utföra således.
Altarskåpet från 1514 förvaras på Historiska museet. På 1700-talet förstorades fönstren och tornet fick sittplatser. 1714 skänktes predikstolen av greve Carl Gyllenstierna. 1769 brann kyrkans tak och åren efter fick den nytt tak. År 1896 renoverades kyrkan. 1940 fick tornet ny huv. Kyrkklockorna har alltid hängt i ett klocktorn då tornet aldrig varit avsett som klocktorn utan mer förmodligen som skydd i orostider.

Church of Odensala lies on a old heathen site for sacrifice to the Aesir god Oden: Odensharg. In 11th century a wooden church was raised on the spot and the name changed from the pagan "harg" to "sal" meaning temple. In 12th century the wooden church was replaced by this church of grey stone. In the 13th century the vestry, porch and tower was added. In the end of 1490 the ceiling paintings was done by Albertus Pictors workshop, one of his last churches he did before his dead.