De kerk is een éénbeukig gebouw met een driezijdige koorsluiting. De kerk is gebouwd van ‘rooswinkel’, bakstenen die een slag kleiner zijn dan kloostermoppen, en heeft aan de westzijde een puntgevel uit ca 1600 met baksteenvlechtingen in de top. Het kerkgebouw is voorzien van zware steunberen.

De beide zijmuren zijn verdeeld in zes traveeën, die worden gescheiden door steunberen. De steunbeer tegen de zuidwesthoek is verdwenen, waarschijnlijk toen in de negentiende eeuw het muurwerk bij deze hoek is opgeknapt met een kleinere steensoort. De top van de westgevel is eveneens later vernieuwd met een kleinere steensoort en heeft een eenvoudig vlechtwerk langs de schuine kanten en een recht uitstekend gedeelte halverwege de schuine helling.
Zoals hierboven al is aangegeven, kent het gebouw zes traveeën. Drie daarvan hebben vensters. De andere drie zijn gesloten. Ook zijn er vensters geplaatst in de schuine vlakken van het koor. De vensters eindigen in een grote ronde boog, maar aan de veranderingen in het metselwerk is te zien dat dit niet de oorspronkelijke situatie is geweest. Deze vensters zijn waarschijnlijk in de achttiende eeuw aangebracht en hebben in de negentiende eeuw gietijzeren ramen gekregen.
Opvallend aan de muren is het feit dat een aantal blinde nissen in enkele traveeën geen venster hebben. Dit is het geval in drie traveeën in de noordzijde en één aan de zuidzijde. Aan de noordzijde hebben twee traveeën een gemetselde middenstijl. Deze nissen hebben nog hun oorspronkelijke afsluiting in de vorm van een kromboog.

De goten rondom de kerk zijn zogenaamde gedisselde goten van massief Oregon pine wood uit Canada. Deze goten zijn ca 23 cm breed en ca 12 cm hoog. De uitholling in de goot werd vroeger met een dissel aangebracht. De Thomastsjerke is de enige kerk in Friesland die nog dergelijke goten heeft. Links: dwarsdoorsnede gedisselde goot.

De kerk heeft nu één ingang, die geplaatst is in de westelijke travee aan de zuidzijde. Oorspronkelijk heeft de kerk drie ingangen gekend, namelijk aan de noord- en zuidzijde en in het midden van de westzijde. De ingangen aan de zuid- en westzijde zijn met een grote steensoort dichtgemetseld, maar nog wel herkenbaar. De ingang aan de noordzijde is oorspronkelijk met een kleine steensoort dichtgemetseld) maar deze steen is bij de restauratie weer grotendeels verwijderd. Het is niet duidelijk, wanneer de verschillende ingangen zijn dichtgemaakt. Aan de oostkant van de koorsluiting is een korf. bochtige nis aanwezig. Deze nis is tamelijk hoog aangebracht, terwijl er onder deze hoge nis weer een kleine nis is aangebracht. Deze nis heeft waarschijnlijk dienst gedaan om er een dodenlantaarn in te plaatsen. Dit dodenlicht diende waarschijnlijk om de boze geesten te verjagen.

De kerkruimte is overdekt met een tongewelf met daaronder zware houten balken. Deze balken hebben snijwerk op de sleutelstukken met een laatgotisch motief.

In de zuidoostmuur van het koor bevindt zich een rechthoekige nis) die waarschijnlijk een liturgische functie gehad zal hebben tijdens het gebruik van de katholieke eredienst. Deze nissen werden gebruikt voor het opbergen van liturgisch vaatwerk) zoals de kelk en het wierookvat. Aan de zijkanten van de preekstoel bevinden zich twee kortbochtige nissen. Deze zijn waarschijnlijk uitsluitend als ornament bedoeld en ook om steen uit te sparen.

De kerk is in de jaren ‘977 en 1978 gerestaureerd door de stichting Alde Fryske Tsjerken. De restauratie had een conserverend karakter. Men wilde bij de restauratie het oude karakter van de kerk zoveel mogelijk behouden. Dit betekende dat aan de buitenzijde van het gebouw, daar waar dat nodig was, het metselwerk werd hersteld. Aan het totaalbeeld van de kerk werd weinig veranderd. Dit betekent dat de oude ingangen niet heropend werden en dat de gietijzeren ramen gehandhaafd bleven. De enige verandering aan de buitenkant van het gebouw is de afbraak van het toilet en het baarhuisje, die tegen het koor waren geplaatst. De wijze waarop de restauratie heeft plaatsgevonden heeft er voor gezorgd dat de kerk zijn oude, verweerde aanzien heeft behouden.

De kerk is nu een prachtig voorbeeld van eenvoudige schoonheid in een rustieke, landelijke omgeving.

Bron: Katlijk door de eeuwen heen. Uitgave Plaatselijk belang Katlijk