W świątyni znajdują się ołtarze barokowe z XVII i XVIII wieku, późnorenesansowy ołtarz z XVII wieku i regencyjny z XVIII wieku- niezwykle cenna jest drewniana rzeźba św. Anny Samotrzeciej z przełomu XV i XVI wieku. Świątynia należy do szlaku drewnianego budownictwa sakralnego. W 2018 r. kościół wpisano na listę pomników historii.

Obecna drewniana świątynia została wybudowana w 1518 roku. Wybudowano ją wokół sosny, której odcięto wierzchołek i konary, a pień do dzisiaj podtrzymuje ołtarz główny. U góry drzewa znajduje się tabliczka informująca o cudownym ocaleniu za wstawiennictwem św. Anny w 1444 roku.

Od początku istnienia kościół jest postrzegany przez katolików jako miejsce cudowne, miejsce kultu św. Anny i takim pozostał do dnia dzisiejszego. W latach 1668-1670 cieśla Marcin Snopek dobudował do głównej nawy centralną gwiaździstą część kościółka, a w 1707 roku zakrystię. Gruntowny remont kościoła przeprowadził w 1873 roku proboszcz Walenty Morawietz. Wyremontowano wówczas ołtarz i pomalowano ściany, ponadto zmieniono funkcjonowanie głównego tryptyku oraz zbudowano po jego bokach dwa ołtarze boczne: po stronie prawej ku czci św. Józefa, po stronie lewej ku czci św. Walentego. 

Świątynia zbudowana jest z drewna, w konstrukcji zrębowej na podmurowaniu. Prezbiterium zamknięte trójbocznie, a przy nim zakrystia. Dach kościoła jest kryty gontem, nad nawą wieżyczka na sygnaturkę, z baniastym hełmem. Okna świątyni są w kształcie czworoliścia. Najcenniejsza w oleskim sanktuarium jest późnogotycka figura św. Anny Samotrzeciej, zwana też św. Anną Oleską. Przy kościele znajduje się cmentarz oraz neogotycka kaplica pogrzebowa z przełomu XIX i XX wieku.

W czasie II wojny światowej kościół nie ucierpiał, chociaż w 1945 roku służył jako schronienie wielu mieszkańcom Olesna przed żołnierzami Armii Czerwonej.

W 1964 roku w kościele zainstalowano instalację elektryczną. W 1986 roku zakupiono plac przy kościele, gdzie postawiono ołtarz polowy oraz doprowadzono budowlę do doskonałości architektonicznej. W 2000 roku doprowadzono pięć kaplic części centralnej do pierwotnego stanu, ponadto zainstalowano alarm, pomalowano dach i wieżę kościoła oraz wymieniono gonty. W 2009 roku przeprowadzono kolejny remont pokrycia dachu kościoła.

Makieta budynku była prezentowana na światowej wystawie sztuki architektonicznej w Nowym Jorku.