Den gotiske kirke i Tvilum udgjorde oprindelig en fløj i augustinerklosteret Tvilum Kloster. Klosterkirken, indviet til Vor Frue, er bevaret som nutidig sognekirke. Kirken er et højt enskibet langhus bygget af teglsten i to hovedbyggefaser i hhv. anden halvdel af 1200-tallet og i 1400-tallet. Især østgavlens korsformede blænding mellem to rundbuede blændinger vækker opmærksomhed, idet den leder tankerne hen på en krucifiksgruppe med Kristus mellem Maria og Johannes.
Kirken, der i middelalderen kun tjente munkene, er en ca. 30 m lang og over 10 m bred langhuskirke bestående af tre kvadratiske hvælvfag opført helt i tegl. De to østlige fag er opført i unggotisk stil i anden halvdel af 1200-tallet, mens det vestlige fag i gotisk stil først kom til i 1400-tallet. Fra begyndelsen var kirken udstyret med hvælv og udvendige, diskrete støttepiller. Sidstnævnte er siden forsvundet og i moderne tid erstattet af de nuværende, kraftige støttepiller ved bygningens hjørner. Kirken er i sin arkitektur inspireret af de samtidige tiggerklosterkirker, som var under opførelse i mange byer på dette tidspunkt.
Forskellige tilmurede døråbninger i kirkens kor afslører placeringen af klosterets bygninger.
