Az eredetileg torony nélküli templom a település XII. századi temetőjén létesült a XIII. század végén, illetve a XIV. század elején. Szentélyének északi oldalához egykoron kis méretű sekrestye is csatlakozott. A román stílusú templomot a XV. században gótikus stílusban építették át. A torony, a hajó és a szentély kazettás mennyezete 1801–1802-ből származik. Ez ma a környék legjelentősebb gótikus emléke.

A helyszínt Jánó Mihály művészettörténésszel jártuk be, akinek a kutatási területei közé tartozik az erdélyi középkori falképfestészet ikonográfiája, a Szent László-ábrázolások és Barabás Miklós (1810—1898) életműve. Az alábbi leírás a tőle hallott érdekes és értékes információk, valamint A kilyéni unitárius templom (Sepsiszentgyörgy, 2018) című kiadványa alapján született.   

A XV. század első évtizedeiben különböző témájú falfestményekkel borították a templomhajó belső és külső déli, illetve nyugati falait. A reformáció XVI. századi elterjedésével a falu lakossága előbb a református, majd az unitárius hitre tért át. A templomot a két felekezet hívei évekig közösen használták. Ebben az időszakban a faliképeket lemeszelték, a román és gótikus sekrestyéket lebontották, befalazták a sekrestyeajtót és a kőből faragott szentségtartó fülkét.

Az 1802. évi erős földrengés jelentős károkat okozott a vidék templomaiban, a kilyéni unitárius templom épületét is megrongálta. A szentély boltozatának egy része leomolhatott, a falak, valamint az ablakok is megsérültek. A maradék részeket 1804-ben lebontották, és a hajóhoz hasonlóan festett famennyezettel helyettesítették. 1829-ben készült el a hajó nyugati oldala mentén emelt harangtorony, mely ma is áll. Ekkor került a hajó nyugati bejárata fölé a korábbi déli bejárat indadíszes záróköve, melynek felületén egy 1497-beli bekarcolt évszám található. A templomot körülvevő kerítés és a téglafalazású kapu szintén a XIX. század elejéről származik.

A templom az 1977. évi földrengéskor ismét súlyosan megsérült, és mivel a maroknyi gyülekezet önerőből nem tudta felújíttatni, ezért bezárták. 1978-tól kezdődően a ’80-as évek elejéig tartó régészeti ásatások során feltárták a hajó román kori szentélyének és a sekrestyéknek az alapjait. A rendszerváltozás után a román kulturális tárca, valamint a magyar állam segítségével 1994-ben a tetőszerkezet és a harangtorony megerősítésével elkezdődtek a helyreállítási munkálatok, melyek 2004-ig tartottak. A rekonstrukció során egy gótikus keresztelőmedence és számos faragott kő került elő, valamint egyebek között a déli oldal kapujának 1497-ből származó teljes kőkerete. Szentségtartó fülkéje ugyancsak 1497-ből való.

A protestánsok által lemeszelt középkori falképek jelentős részét 1885-ben Huszka József (1854—1934) sepsiszentgyörgyi rajztanár tárta fel, aki miután akvarellmásolatokat készített róluk, a gyülekezet kérésére visszameszelte őket. A művészettörténeti kutatás hosszú időn át csupán az akvarellmásolatok alapján ismerte a kilyéni falikincseket. Csaknem száz év után, 1973-ban bukkantak rá először a hajó külső, déli falán falképfoltokra, majd az 1977. évi földrengés után bent, a hajó három oldalfalán a hámló vakolat nyomán mutatkozó falfestményekre. Teljes feltárásuk azonban csak 1994 után mehetett végbe. Támogatás hiányában ezek a munkálatok az épület helyreállítása után abbamaradtak, és csak 2017-ben fejeződtek be a Teleki László Alapítvány és Sepsiszentgyörgy Önkormányzata hozzájárulásával.

Jánó Mihály az Utolsó vacsora freskóhoz fűz magyarázatot

A templom déli, külső falán a nagyon lekopott falikép lehetséges értelmezése: Jézus bemutatása a templomban. A déli kapu feletti töredék a kánai menyegző ábrázolásából maradt meg. A másik, szintén hiányos festett felületen két szent alakját lehet kivenni, és vannak olyan ugyancsak kopott falképek is, amelyeket csak a hajónál később épített toronyban lehet megközelíteni.

A templom belsejében — a hajó déli, nyugati és északi falain, két regiszterben — található ábrázolások sorában egyebek között egy Szent Dorottya-kép töredéke, Szent Kozma és Szent Damján, az utolsó ítélet és Krisztus passiójának jelenetei láthatóak, valamint az utolsó vacsora viszonylag ép kompozícióját is megcsodálhatjuk. A kilyéni templomhajó ékessége továbbá a középkori Magyarország egész területén fellelhető Szent László-legenda freskóciklusa.

Mivel a templom gyülekezet nélkül maradt, a sepsiszentgyörgyi unitárius egyház a műemlék épületben hangversenyeket szervezne, emellett az ódon falak között rendszeresíteni kívánja az esketéseket és a keresztelési szertartásokat. A közösség ezáltal is a széles nyilvánosság tudtára adná, hogy a kilyéni unitárius templom nem csak egy kis falusi egyházi épület, hiszen a történeti-művészeti értéket képviselő falfestményei által egyike a vidék legjelentősebb műemlékeinek.