Det ældste murværk, der stadig er tilbage fra den oprindelige kirke, stammer fra grundlæggelsen af købstaden. Det er ikke muligt at vide, hvordan kirken så ud på det tidspunkt, men dens centrale placering tyder tydeligvis på dens store betydning.
I 1649 blev kirken ødelagt af en brand i dens indre. Det, man ser i dag, er et hvælvet kirkerum, der blev bygget i 1650'erne.
Grenaa Kirke er indviet til Skt. Gertrud, skytshelgen for rejsende.
Den er bygget af munkesten og granitkvadre. En ombygning gav kirken dens karakteristiske spir flankeret af gavle (1870'erne).
Den ældste altertavle stammer fra Holmens Kirke i København. Grenaa-borgerne købte den og reddede den dermed fra de brande og bombardementer, der hærgede København.
Kirken er bygget i gotisk stil og blev omfattende restaureret i 2001. I samme forbindelse fik den et af Nordeuropas bedste orgler, og klokkespillet med 48 bronzeklokker hører også til eliten af sin slags.
Kirken er åben mandag - fredag fra kl. 14.00 til 16.00. Der tages forbehold for kirkelige handlinger.