Hagebyhöga kyrka är en medeltida romansk kyrka, uppförd på kungligt initiativ. Kyrkan ligger på en markerad höjd och är synlig vida omkring. Den är byggd av kalksten och daterad genom dendrokronologisk undersökning till 1120. Kyrkan är byggd med ett torn innehållande kapell och läktare. Den är slätputsad i kalkbrukets egen färg med sadeltak belagt med stavspån. Tornet är förstärkt och i söder och väster belagt med ett kalkstenstak. Kyrkans inre präglas av senmedeltida valv med målningar. Genom socknen går gamla landsvägen mellan Vadstena och Örebro. Det finns två mindre gravfält från järnåldern varav ett ligger på Sandbys ägor på en udde ut i Vättern. I socknens södra del ligger Östergötlands största gravhög: Askahögen från yngre järnålder, som även har varit en tingsplats och givit namn åt häradet. Kyrkan är uppförd på mark till den kungsgård som Inge den yngre av ätten Stenkil ägde. Sannolikt har kungsgården legat söder om kyrkan som är socknens högsta punkt. 1100-talskyrkan har föregåtts av en stavkyrka. Tornet, långhuset och koret med absid är uppfört samtidigt. Kyrkan hade en ingång i koret för prästen och en sydportal i långhuset. På 1400-talet byggdes sakristian i norr och ett vapenhus vid ingången på den södra sidan. Den igensatta ingången på sydsidan är fortfarande synlig. Invändigt försågs kyrkorummet med valv. Under senmedeltiden byggdes en tiondebod i tornet som också fungerar som en förstärkning av tornet. Murverket består av en skalmur av kalksten med fyllning av murbruk. Fasaderna har varit putsade med en kvaderristning. I tornet finns en stentrappa som leder till ett tornkapell försett med altarnisch och en dörröppning in till gudstjänstlokalen med en läktare som bars upp av pelare. Tornkapellet med emporläktare är tillkommet på kungligt initiativ. På vinden finns en ornerad takfotsbräda från medeltiden. Takstolarna över koret är de ursprungliga från 1120. Långhusets takstolar är utbytta. Under kyrkans äldsta tid var takstolarna synliga nerifrån och en profilerad bindbjälke samt en ornerad styrplanka minner om detta. Över koret finns en del av den ursprungliga ekspånsläggningen kvar. Denna ersattes under senmedeltiden med munk- och nunnetegel som låg kvar in på 1700-talet. Tornet var ursprungligen högre men 1775 sänktes tornet och försågs med en lanternin i två avsatser. Därmed flyttades klockorna in i tornet från att ha hängt i en fristående klockstapel. Längre tillbaka har klockorna hängt inne i kyrkan. Två har hängt i långhusets västra del och en klocka har hängt i koret. Tornets bottenvåning var från början öppen in mot långhuset. Över fönstren på långhuset syns spår efter de ursprungliga små fönsteröppningarna. De nuvarande fönstren togs upp 1702. Samma år sattes soluret i kalksten upp på södersidan. Vapenhuset revs 1831 och samtidigt murades sydportalen igen och ersattes med en västportal tornet. Valven i Hagebyhöga är bland de äldsta i Östergötland. Troligen är de slagna av Sune murarmästare från bygghyttan i Vadstena där valv slogs 1420. Även dekoren i valven överensstämmer i de båda kyrkorna varför man kan anta att även målaren är den samme. Enligt Östergötland Landskapets kyrkor; slogs valven i Hagebyhöga 1426 enligt en förstörd inskrift. I samband med renoveringen 1948 som leddes av arkitekt Erik Lundberg togs målningarna fram under tjocka putslager. De består av spiralband och zick-zackband på valvribborna och växtrankor koncentrerade till slutstenar. I korets valvkappor finns figurativa avbildningar och i triumfbågen en bevarad inskrift. I de övriga valven finns också spår av inskrifter. Målningarna blev överkalkade 1702 i samband med att man tog upp större fönster. I kyrkan finns två dopfuntar: en romansk dopfunt i kalksten med nytillverkad fot ritad av Erik Lundberg, cuppan är från 1200-talet. Den andra dopfunten är tillverkad vid Johan Anderssons verkstad i Vadstena 1665 av röd kalksten med djur och växtmotiv. På norra långhusväggen hänger ett målat epitafium från 1623 föreställande Kristus på korset skänkt av Arvid Gyllenållon på Medhamra. Storklockan är senmedeltida medan lillklockan är gjuten 1613 av Måns Bengtsson i Jönköping.