Kościół rzymsko-katolicki w Kotłowie uznawany jest za jeden z najcenniejszych i najciekawszych zabytków sakralnych, powstałych w stylu romańskim w Wielkopolsce.
Pierwotna świątynia składała się z nawy głównej, półkolistej absydy i chóru. Do budowy świątyni użyto bloków z kamieni polnych i granitu, które wiązała ze sobą wapienna zaprawa. Mury miały 9 m wysokości i ponad metr grubości. Lekko zwężały się ku górze, co nadawało budowli kształt piramidalny.
Na chórze kościoła znajdowały się dwa okna o wysokości 3 m i szerokości 30 cm. W nawie głównej powstało 6 okien (4,65 m wysokości i 40 cm szerokości). Trzy znajdowały się na południowym, trzy na północnym murze kościoła.
Do świątyni prowadziły trzy wejścia. Główne - od zachodu (obecne wejście pod wieżą) oraz zamurowane dziś wejścia od północy i południa. Budowla nie posiadała zakrystii oraz wieży, dach pokryta była gontem.
W podziemiach kościoła, zwłaszcza pod chórem i prezbiterium mieściły się krypty grzebalne. Jeszcze w XVIII w. chowano tam zmarłych przedstawicieli okolicznej szlachty. Z czasem podziemia zasypano.
Pierwotny kościół zachował swój kształt do połowy siedemnastego stulecia. Jego wygląd zewnętrzny przypominał budowle sakralne Wrocławia, które powstały dzięki temu samemu fundatorowi ? Piotrowi Włostowicowi.
Wiadomo, że w 1634 r., po południowej stronie chóru znajdowała się drewniana zakrystia kryta gontem. Z tego samego roku pochodzi pierwsza wzmianka w dokumentach historycznych dotycząca istnienia wieży kościelnej. W dolnej części wieżę zbudowano z kamieni i cegieł, w górnej była ona budowlą drewnianą.
Pierwszy dzwon dla kotłowskiego kościoła odlany został w 1557 r. we Wrocławiu. Początkowo znajdował się on w drewnianej dzwonnicy zbudowanej w pobliżu kościoła.
W 1721 r. rozebrano pierwszą wieżą. Nowa kamienna wieża powstała w stylu barokowym, przy głównym wejściu od strony zachodniej. Zdemontowano także drewnianą zakrystię, na jej miejsce wybudowano nową - z kamienia i cegły. Gruntownemu remontowi poddano również dach kościoła. Obniżono go do wysokości absydy, powstała też wieżyczka we wschodniej części dachu.
W XVIII w. wzdłuż muru południowego dobudowano drewniane pomieszczenia pełniące rolę kostnicy. Część pomieszczeń przeznaczono też na miejsce do przechowywania sprzętów kościelnych. Przy północnym wejściu powstała kapliczka św. Walentego, którą w XIX w. zamieniono na kruchtę.
Pod koniec XIX w. teren kotłowskiej parafii zamieszkiwało 7.300 osób. Kościół stawał się za mały dla takiej liczby wiernych. W latach 1905-1908 przeprowadzono więc jego rozbudowę. Rozebrano absydę i chór, dobudowano transept z dwiema nawami bocznymi. Przedłużono nawę główną. W ten sposób powstała świątynia na planie krzyża rzymskiego.
Od strony wschodniej dobudowano nową absydę z kamienia, zachowując jej dotychczasowy wygląd. Po obu stronach absydy powstały zakrystie. Wzmocniono fundamenty wieży, dach kościoła pokryto dachówką.
Ostatnia przebudowa świątyni przeprowadzona została w 2007 r. i polegała na wymianie poszycia dachowego oraz gruntownym remoncie wieży. Inwestycja przeprowadzona została z udziałem pieniędzy pochodzących z Ministerstwa Kultury i Dziedzictwa Narodowego, Departamentu Ochrony Zabytków.