Arnö kyrka stod klar omkring 1200, men har sedan dess byggts till flera gånger. Den slutade vara församlingskyrka 1943 och överläts till staten 1958, men än i dag hålls här ibland kyrkliga förrättningar.
Arnö kyrka uppfördes förmodligen som gårdskyrka till Arnöberg, öns huvudgård. Det var då en romansk kyrka med små rundbågiga fönster i söder som släppte in lite ljus. I ett smalt kor i öster höll prästen mässan på latin.
Kyrkans historia hänger ihop med de stora godsen på Arnö och Utö. Ägarna bekostade tillbyggnader, renoveringar och inventarier mot att de själva fick förnäma gravplatser i kyrkan och på kyrkogården.
Arnö kyrka renoveras på 1700-talet
På 1730-talet lät fru Maria Heerdhielm på Arnöberg göra en stor renovering, då kyrkan fick sitt nuvarande utseende. Dessförinnan hade hon låtit gjuta om storklockan från 1517 och bygga en ny klockstapel. Marias grav finns i kyrkan.
Sedan 2015 förvaltar Statens fastighetsverk Arnö kyrka.