Niløse kirke består af kor og skib, hvoraf kun skibets vestlige del stammer fra 1100- tallet, mens resten stammer fra en radikal restaurering i1847.

Tårnet er sengotisk.

Våbenhuset i syd er fra en restaurering i 1865-66. Skibets mure er af rå kløvet kamp i regelmæssige skifter mellem hjørnekvadre. Til muråbingerne er der hovedsagelig brugt limsten.

Kirken har tidligere hørt under Tersløsegård, som i 1745 blev erhvervet af Ludvig Holberg.

Baronens testamentariske gave gjorde, at kirken fra 1754 hørte under Sorø Akademi, indtil den overgik til selveje i 1934.