La història de l'església de fusta de Heddal no ha estat gaire estudiada. Algunes recerques arqueològiques han trobat restes de fusta més antics, la qual cosa suggereix que l'església actual va poder haver estat aixecada sobre les ruïnes de temples d'èpoques anteriors.

S'accepta de manera general que va ser construïda cap al segle xii, però existeixen divergències. Es creu que va poder haver estat construïda en dues etapes, per la qual cosa hi hauria diferència de diverses dècades entre la construcció de la nau i la del cor. Hi ha inscripcions rúniques en el corredor exterior, que assenyalen que l'església va ser consagrada a la Mare de Déu l'any 1242.

Encara que mai ha estat devastada per incendis o alguna catàstrofe natural, l'església es va deteriorar amb el temps. Va haver-hi una restauració significativa entre 1849 i 1851. A la dècada del 1950 es va realitzar una nova, que va tenir com a propòsit el retorn de l'aspecte original de l'església.