De Grote kerk staat op de plek van de in maart 1899 als gevolg van blikseminslag afgebrande middeleeuwse kerk. Deze kerk bestond uit een driebeukig schip uit de 15e eeuw en een toren met een 17e eeuwse spits. Het onderstuk van de toen bevatte nog een aantal romaanse elementen uit de 12e eeuw. Het interieur werd na de reformatie in 1572 geschikt gemaakt voor de protestantse eredienst. In de Gouden Eeuw werd de kerk op allerlei manieren verfraaid zoals met gebrandschilderde ramen, grote koperen kronen en monumentale banken. Pas in 1862 kwam er een orgel.
Van de afgebrande kerk is vrijwel niet bewaard gebleven, noch van het gebouw, noch van het interieur. Voor de huidige preekstoel bevindt zich één van de weinige overblijfselen: een sierlijke 17e eeuwse koperen slang die ooit bevestigd was aan het doophek in de afgebrande kerk. De slang dient nu als draagarm voor het doopbekken uit 1708.

Wie de kerkruimte binnenkomt wordt getroffen door een onverwacht wijds blikveld. De architect heeft bewust naar gestreefd door de kruisvormige ruimte in beide richtingen met grote bogen te overspannen en centraal daarbinnen een hoofd stervormig plafond te plaatsen.

Grote glas-in-loodramen laten het daglicht hoog invallen. Als vrijstaand object domineert de kansel in de kerkzaal: een hooggeplaatste preekstoel met een opvallend groot klankbord. Alle kerkgangers moesten de dominee immers goed kunnen zien en horen bij de verkondiging van Gods woord.
In de kerkzaal zijn nog meer zaken de aandacht waard. Bijvoorbeeld de mooi afgewerkte teakhouten kerkenraadsbanken (ontworpen door Hooijkaas), de predikantenborden, de wetborden en de grote kronen. De oude stoelen raakten versleten en zijn daarom in 2001 vervangen door gelijksoortige nieuwe exemplaren.

Achter de preekstoel zien we het orgelfront op de galerij. Het orgel kwam pas in 1910 gereed. In de jaren daarvoor diende een noodorgel. De Rotterdamse orgelbouwer van de Kleij gebruikte voor het nieuwe orgel onderdelen van de firma Laukhuff in Duitsland.
Het orgel bevat 1329 pijpen. Hiervan zijn maar een 30-tal zichtbaar in het sierlijke orgelfront. De front is ontworpen door de architect in samenwerking met de orgelbouwer. De tractuur van het orgel (overbrengingsmechaniek) was aanvankelijk pneumatisch, maar is vanaf vermoedelijk 1922 elektrisch. De wind werd eertijds geleverd door een orgeltrapper, maar sinds 1931 heeft een elektrische windmachine de taak van ‘orgelknecht’ overgenomen.

De toren werd naar het model van de afgebrande kerktoren opgetrokken. Het stoere vierkantige bakstenen onderstuk is tot aan de omloop 31 meter hoog. Anders dan bij de middeleeuwse voorganger staat de torenromp niet midden op het westen, maar diagonaal op de zuidwesthoek van de kerk. Bovenop de romp staat een juweel van een spits met grote en kleine ui (of appel en peer) en een ranke lantaarn daartussen. Niet voor niets wilde men in Overschie deze spits terugzien in het ontwerp van de nieuwe kerk. Tot aan het haantje met de toren ruim 58 meter.
Het kerkgebouw is van de kerkelijke gemeente, de toren van de burgerlijke gemeente. Toen daarom in 1992/1993 een zeer grondige en geslaagde restauratie plaatsvond van de torenspits was dit in opdracht van Gemeentewerken Rotterdam. De wijzerplaten zijn weer als nieuw, de tijd wordt altijd stipt aangegeven met de atoomklok en op de spits prijkt nu een wakkere haan van Franse makelij.
De twee nieuwe luidklokken die in 1901 in de toren kwamen te hangen werden in december 1942 op last van Duitse bezetters weggehaald. Maar in 1946 hingen er alweer nieuwe klokken, vervaardigd door Van Bergen te Heiligerlee. De kleine klok weegt 675 kg en de grote 1100 kg. Beide klokken moesten tot ca. 1960 met de hand worden geluid. Sindsdien gaat het luiden elektrisch, tegenwoordig ook met een tijdklok.
Onder de toren bevindt zich ‘Het Klokkenhuis’, een ruimte voor kindernevendiensten en andere activiteiten. In deze ruimte hangen drie fraai uitgevoerde originele ontwerptekeningen van de kerk van Hooijkaas.

In de Grote Kerk Overschie liggen folders met uitgebreidere informatie over de geschiedenis van het kerkgebouw.