L'édifice construit en style gothique possède un choeur coiffé d'une superbe voûte à nervures multiples. Il s'inspire largement de l'église franc-comtoise du Bizot et semble d'ailleurs être l'oeuvre du même architecte, Pierre Dard.
Le clocher qu'on a parfois qualifié de roman doit en réalité être pratiquement contemporain de la nef. Celle-ci a été édifiée vers 1521-1526, ainsi que l'attestent deux clés de voûte sculptées.
Le Temple de La Sagne a été classé monument historique par le Conseil d'Etat neuchâtelois en 1905.
L'ancienne "Grande Cloche" fendue a été remplacée en 1998. Elle repose désormais au pied de la tour du clocher. On peut lire des inscriptions en latin dont voici la traduction : "Sainte Catherine notre patronne, Sainte Anne priez pour nous. Saint Nicolas, Sainte Barbe, Jehan Vuille. APGDLDC"