Ein erstes Kirchlein in einfacher Holzbauweise stammt vermutlich aus dem Jahr 1000.
Aufzeichnungen weisen darauf hin, dass Werner I von Zimmern die Kirche Ende des 15. Jahrhunderts neu gebaut hat. Im Zuge der Landenberger Fehde wurde sie 1540 jedoch zu großen Teilen zerstört und wieder neu errichtet. Chor und Turm sind noch aus der Spätgotik (vor 1500) erhalten und stehen unter Denkmalschutz. Auf der linken Seite des Chores ist noch heute ein Wandtabernakel mit Astwerk und Genien zu sehen.
Den damaligen Bedürfnissen entsprechend wurde das Langhaus in den Jahren 1787 und 1866 verlängert. Auch der Turm wurde 1888 auf insgesamt 18,28 m erhöht. Der Innenraum war nur 5,70 m hoch, doch bot er mit den Abmessungen 7,40 m x 31,20 Raum für 200 Sitzplätze und 250 Stehplätze. Auf der tiefen Empore mit Orgel fanden weitere 200 Personen Platz.
Bis ins 19. Jahrhundert hinein hatte Winzeln keine eigene Pfarrei, sondern gehörte kirchlich zu Waldmössingen. Bis zur Trennung von der Mutterkirche Waldmössingen 1809 hatten die Toten dort ihre letzte Ruhestätte gefunden. Am 26.7.1810 wurde der Friedhof im Tannbach (heutiger Standort) eingeweiht. Für die Friedhofsmauer wurden unter anderem Steine von der Kirchenmauer , die 1787 abgebrochen wurde, verwendet.
Unter dem Chor der Kirche fließt aus einem tiefen Tonnengewölbe eine Quelle, der sogenannte Kirchenbrunnen hervor.
Nach dem Bau der neuen Kirche 1910 wurde die alte Kirche entweiht und hatte seither eine wechselvolle profane Geschichte. Sie diente u.a. als Gefangenenlager, Feuerwehrgerätehaus und Strohlager. Seit 1950 wird die Alte Kirche für Vereinszwecke und als Versammlungsstätte genutzt.
Die Linden im Bereich der alten Kirche wurden als sogenannte "Friedenslinden" nach dem 70er Krieg (1870/71) gepflanzt.