Die dem hl. Nikolaus geweihte Kirche erhebt sich an der Hangkante des Kirchbergsporns steil über der Hauptstraße des Dorfs; ihr der Fulda zugewandter Ostgiebel und ihr spitzer Dachreiter sind von bedeutender Wirksamkeit weit in das Tal hinein. Aber auch wegen ihrer gut dokumentierten Geschichte und ihrer bemerkenswerten Ausstattung steht der Kirche von Hartershausen eine besondere Wertung zu. Eine Weihe durch Christian von Mühlhausen, Bischof von Samland, ist für 1281 überliefert, der damals entstandene oder bereits erweiterte Steinbau bedurfte nach Verheerungen 1521 einer Wiederherstellung und eines Turms. Das Nikolauspatrozinium ist zuerst 1321, zuletzt 1510 fassbar. Längsrechteckiger, geosteter Putzbau mit Eckquaderung und steilem Satteldach. Die Fenster stammen zumeist aus der Barockzeit und sind rechteckig beziehungsweise oval, an beiden Längsseiten blieben jedoch kleine Spitzbogenfenster und im Westen ein ebensolches Portal erhalten. Sie mögen aus der Zeit der Restaurierung Anfang des 16. Jahrhunderts stammen, wohl noch dem 13. Jahrhundert aber gehören ein Lanzettfenster und die schmale Pforte an der Nordseite an, letztere mit fein ausgearbeitetem Gewände aus zwei Stäben mit trennendem Diamantfries und knospenartigen "Basen". Im Inneren der Kirche trägt ein Längsunterzug über zwei kräftigen Achtkantstützen aus Holz mit Bügen und Sattelhölzern die flache Decke. Die östliche Stütze zeigt an den Seiten Reliefs von Bischofsstäben. Die Konstruktion dürfte wie der Dachstuhl und der achtseitige, etwas aus der Mitte nach Osten verschobene Dachreiter aus den Jahren nach 1521 stammen. 1684 wurde die Orgel von Johann Christoph Hart aus Kaltenwestheim/Rhön eingebaut; ihr Gehäuse ist das älteste erhaltene im weiten Umkreis. Die Orgel steht auf der Ostempore, deren Balustrade mit feinen Friesen versehen ist. Die Empore an der Nord- und der Westseite ist etwas schlichter ausgeführt; die zwischen den Balustern der Brüstung stehenden Stützen sind hier mit Kerbschnitzereien versehen. Die Westempore wurde 1702 durch eine Stützkonstruktion unterfangen, die Velten Wahl aus Hemmen schuf. An der frei gebliebenen Südwand wurde die Kanzel platziert. Der Korb ruht auf einer marmorierten Säule, ebenfalls von Velten Wahl gedrechselt, und er zeigt zwischen mit Blattornamentik verzierten Kanten auf Leinen gemalte Bilder der Kreuzigung und der Evangelisten sowie mehrere Sprüche, darunter: "Gott zu Ehren und dieser Kirch zur Zierd Hat Diese Canzel ad 1707 Wollen Verehren Gangolph Dreis Philippina Dreisin Damals 42. Jahr pfarrer zu Hartershausen und dessen s Weib". Den Schalldeckel ziert eine hohe, reiche Volutenkrone. Zur älteren Ausstattung der Kirche zählen außer gemalten Weihekreuzen das Altarkruzifix aus dem späten 14. Jahrhundert und der wohl 1507 entstandene Taufstein in der für Osthessen und Westthüringen typischen Form. Es zeigt in eine maßwerkartig ausgebildete Stabornamentik eingefügt unter anderem das Wappen der Herren von Schlitz, einen hl. Bischof (wohl Nikolaus von Myra), eine Rose und einen Bischofstab. An die Nordseite der Kirche wurde 1911 ein überdeckter Emporenzugang aus Holz angebaut. Bewahrt blieben vor der Nordwand außerdem fünf Grabsteine und eine Grabplatte. Sie sind nicht gut erhalten und stammen aus dem 17. und 18. Jahrhundert; wenigstens zwei zeigen enge künstlerische Verwandtschaft mit dem Portal der Ottoburg in Schlitz. Gestalterisch bemerkenswert ist eine kleine Stele mit bogigem Umriss, deren Vorderseite eine Frau zwischen Puttoköpfen präsentiert. Ein Grabmal mit aufgesetztem, nicht ursprünglich dazu gehörendem Kreuz erinnert an Fr. Chr. Fresenius, "34 Jahr gewesener Ev. Pfarrer zu Hartershausen".