Biserica a fost construită de către episcopul transilvănean András Szécsi (1320-1356)‚ în secolul al XIV-lea. Structura bisericii reformate din Dorolţu nu este una obişnuită: nava actuală a bisericii, conform surselor scrise, a fost construită iniţial pentru cor, iar mai târziu, la mijlocul secolului al XVIII-lea, s-a adăugat în partea estică un cor de dimensiune mai mici cu închidere dreaptă.
Biserica gotică a avut mai multe faze de construcţii şi renovări. Au putut fi distinse trei etape de construcţie: în prima fază a fost construită fundaţia nordică a navei împreună cu arcul de triumf (Z-1), în a doua fază a fost lărgit umărul navei (Z-2), iar în ultima etapă s-a prelungit zidul navei spre vest (Z-3).

A fost identificată fundaţia şi elevaţia zidului de incintă, de formă ovoidală, care înconjura biserica. Nu am putut stabili grosimea zidului, talpa fundaţiei ajungând până la adâncimea relativă de 1,33 m de la nivelul de călcare actual. În această secţiune au fost descoperite două morminte medievale (M 5 şi M 7), peste care a fost construită incinta bisericii. Cele două morminte nu datează incinta bisericii, ci fac probabil parte dintr-un cimitir din secolul al XI-lea organizat în şiruri.