Gl. Holte Kirke er tegnet af arkitekterne Halldor Gunnløgsson og Jørn Nielsen med Erik Reitzel som ingeniør. Bygningen er sammensat af karakteristiske sekskantede sektioner. Murene er opført i brune Helsingborg-teglsten.
Loftskonstruktionerne i både kirkesal og annekssal er udført i lamineret fyr med form som en Davidsstjerne.
Lyset i begge rum kommer fra ovenlysvinduer.
I 2003 kom Stjernesalen til. Tilbygningen, som er tegnet af arkitekt Ebbe Rostgaard-Hansen, er i samme stil som den oprindelige kirke. Palmesøndag 2012 blev det nyrenoverede kirkerum indviet. Centralt i kirken ses Hein Heinsens gyldne alter. Der er ligeledes har skabt en ny lyssætning til kirken af Jørgen Kjer.