Ältester Teil der Kirche ist der nur im Erdgeschoss erhaltene hochgotische Chorturm über etwa quadratischem Grundriss. Er enthält wohl noch ältere Rudimente. Nach Osten ist er durch ein kleines Spitzbogenfenster geöffnet, nach Norden und Süden durch kleine Rundbogenfenster. Neben dem südlichen blieb außen der Rest einer Sonnenuhr erhalten, das nördliche ist durch einen Treppenhausanbau von 1959 verbaut.

Der Chor wirkt im Inneren urtümlich. Ihn schließt ein wuchtiges Kreuzgewölbe mit gekehlten Rippen auf kräftigen Konsolen. Die bemerkenswerte Ausmalung ist 1928 freigelegt und überarbeitet worden. Sie zeigt außer Rankenwerk in den Gewölbekappen die Evangelistensymbole, an der Ostwand über dem Fenster den hl. Martin mit dem Bettler vor einer Landschaft, zu Seiten des Fensters links St. Bartholomäus mit Messer und Buch und rechts eine Heilige (Agnes?) mit Kreuzstab und Lamm. In den Fensterlaibungen erscheinen St. Nikolaus, fragmentarisch ein hl. Ritter mit einem Buch und zwei heilige Frauen. In der Nordwand sitzt eine spitzbogige Sakramentsnische, zwei weitere Nischen befinden sich in der Südwand. Das Relief eines Sterns am Gewölbeschlussstein ist als Detail aus dem Wappen der Grafen von Ziegenhain gedeutet worden. Der Chor öffnet sich zum Schiff durch einen schweren Spitzbogen.

Ein kleines, nur etwa 6,5 x 9 m umfassendes Kirchenschiff im Westen des Turms wurde 1728 durch den bestehenden rechteckigen Saalbau ersetzt, errichtet von Maurermeister J. Cares aus Angenrod und Zimmermann Joh. Val. Leinberger aus Wallenrod. Der Bau ist verputzt, seine schlichten Gliederungen bestehen aus Sandstein. Die hohen Fenster sind rechteckig, Das Südportal wird durch Pilaster gerahmt und hat eine Verdachung in Form eines Dreiecksgiebels, schlichter ist das Portal im Westen, über dem ein stark verwittertes älteres Wappen der Riedesel eingesetzt ist. An die Nordwestecke des Rechteckbaus ist ein Radabweiser angelehnt. Das hohe Dach hat im Westen einen Walm.

Der flach gedeckte Innenraum hat an drei Seiten Empore auf Holzstützen. Die Emporenbrüstungen schmücken zwei thematisch und vielleicht zeitlich differierende Gruppen von guten Bildern auf Leinwand (!). Es handelt sich einmal um Szenen aus der Lebens- und Leidensgeschichte Christi, zum anderen um Darstellungen von Aposteln und Evangelisten. Die Aufreihung der Bilder scheint nicht ursprünglich zu sein. An der Südwand steht neben dem Portal die reiche Kanzel aus der Bauzeit auf einer gedrehten Holzsäule. Der aufwändige Schalldeckel zeigt das Wappen der Patronatsherren und wird von einem Putto bekrönt. Zur Ausstattung der Kirche gehört außerdem ein schwebender Taufengel mit Spruchband und auf der Ostempore über dem Altar die Orgel. Sie wurde 1780 in der Frankfurter Werkstatt Wegmann bzw. von Friedrich Meynecke geschaffen, ihr prunkvoller Prospekt ist mit Rocaillen und musizierenden Putten versehen. Das Werk wurde 1910 erneuert, die ursprüngliche Farbigkeit der Orgel 1978 wieder hergestellt. Ein Taufstein mit Beschlagwerkreliefs, datiert 1609, war schon 1926 nicht mehr auffindbar.

Der Kirchturm, der im Ortsbild einen wichtigen Akzent setzt, wurde 1959 stark verändert. Eine geschweifte, verschieferte Staffelhaube aus 1801 wurde entfernt, das Turmobergeschoss erneuert und erhöht und mit einem eingezogenen, achtseitigen, verschieferten Aufbau mit geschweifter Haube versehen. Als Vorbild diente hierbei der Kirchturm in Lauterbach.

Südlich und östlich der Kirche hat sich als Freifläche der etwas erhöhte ehemalige Kirchhof teilweise erhalten; er wird von den Straßen durch eine Basaltmauer mit Sandsteinpfosten abgegrenzt.

Die Kirche von Wallenrod, deren Chor den ältesten sakralen Raum des heutigen Lauterbach darstellt, ist Kulturdenkmal aus geschichtlichen, künstlerischen und städtebaulichen Gründen.