Mellby kyrka är en medeltida stenkyrka med med timrade spånklädda gavlar. Takstolarna är uppförda av timmer som fällts två tillfällen; 1290-talet och 1340-talet. Fristående klockstapel byggd 1673.

1916 byttes den gamla orgeln av Sven Nordström ut mot en ny från firman Setterqvist & son i Örebro. Orgelfasaden från 1844 behölls dock, och ändrades i bara liten omfattning.

Kyrkorummet är försett med medeltida platt innertak rikt dekorerat 1719 av Olof Raam från Eksjö. De består av elva figurscener i åttakantiga kassettfält.