Tornby kirke er opført omkring år 1200 og er en af de ældste romanske kampestenskirker i Vendsyssel - i øvrigt den eneste i omegnen med apsis. Tårnet er formentlig opført engang i 1500-tallet af mursten og nogle granitkvadre, der må være taget fra kirkens vestgavl. Det er senere pga. brøstfældighed repareret flere gange, og i 1949 blev det omsider nedrevet og erstattet af et helt nyt med det gamle tårns dimensioner.

Bemærk de karakteristiske gavlspidser, der er et særkende for denne kirke.

Alterbordet er muret af kampesten uden forsats. Det har oprindelig været større og sandsynligvis indeholdt et relikviegemme.

Messingstagerne i barokstil er fra ca. 1700. Pt. er de udskiftet med et par lavere messingstager, der bærer stemplet HP IVERSEN GØRTLER I HJØRRING, de er i 2014 skænket kirken af graver Elisabeth Iversen og tidligere kirketjener Anna-Mette Skovgaard Pedersen.

Altertavlen, en sengotisk triptykon, der kan lukkes sammen, er formodentlig fra omkring 1500. Midtertavlen er opdelt i 6 felter. Fra venstre mod højre ses øverst Anna Selvtredie: Anna, Jomfru Marias mor, med Maria og Jesusbarnet på armen, derefter Nådefader: Gud Fader med den lidende Kristus på skødet. Til højre står St. Catharina med sine martyrsymboler: hjul og sværd.

De tre nederste felter har fra venstre den kronede St. Olav (den Hellige), der træder hedenskabet, symboliseret ved broderen Harald som kronet drage, under fode; derpå de Hellige tre kongers tilbedelse af barnet i stalden og yderst til højre en uidentificeret biskop, som måske kunne være en afbildning af Nordens apostle/helgener med hver deres kendetegn. Øverst fra v. er det: Peter m. naglerne, Andreas m. korset og Johannes Døberen m. lam. I nederste række: Thomas m. spyd, Jakob den Yngre m. valkestang og Bartholomæus m. kniv. I højre side Øverst: Judas Thadæus m. kølle, Jakob den Ældre m. muslingeskal, Johannes m. vinbæger og nederst: Filip (?) m. stav, Matthæus eller Paulus og Simon Zelotes m. sav.

Fodstykket er antageligt fra 1700-tallet, altså senere end selve tavlen.

Døbefonten er den oprindelige, romanske, granitfont med snoninger og arkader. Man kan stadig ane farverester, der fortæller, at den har været bemalet.

Det tidligere dåbsfad af messing fra 1500-tallet menes at være af tysk oprindelse og har i bunden et relief, der forestiller Mariæ bebudelse. Udenom ses en næsten afslidt inskription, hvor der endnu kan læses: "Ave San... Be... Maria" dvs. "Hil dig salige Maria". Resten er utydeligt. Det nuværende dåbsfad er indkøbt i 2015 og fremstillet af gørtler Jesper Christiansen, Hjørring. Det er tegnet af arkitekt Karsten Frost.

I korets nordside ses noget af det mest spændende i kirken: Runeindskriften, som blev fundet ved kirkens restaurering i 1908 og nu er beskyttet af en tyk glasplade. Nationalmuseets eksperter har været uenige om tydningen, da revner i muren og nedsivende vand har gjort dele af indskriften ulæselig. Den store indskrift kan fastslås som middelnorsk og er ridset med kniv i det halvvåde puds, mens kirken var under opførelse. En udlægning lyder: "Torsten Brede ristede disse runer i pinsen... han havde megen gammen (fornøjelse) af Johanne om morgenen der." En senere tolkning lyder: "tonerne" i stedet for "Johanne", hvilket unægtelig virker lidt frommere.

I korets sydside bemærkes to gravplader over hhv. Karen de Hemmer til Kjærsgaard, som først var gift med Flade-præsten, magister Jens Wang og derefter med Niels Kjær til Kjærsgaard (kirkens ejer). Den anden er minde over den 30 år gamle afdøde præst, Clemens fra Horsens. I våbenhuset hænger yderligere to plader, der er så slidte, at det er vanskeligt at læse indskriften. Den ene er minde om præsten Hans Deichmann, der døde i år 1810.

Epitafiet, der hænger på skibets nordvæg, er til minde om to præster, der successivt var gift med Birgitte, som også mindes herpå.

Tornby kirke udmærker sig ved at have to kirkeskibe. Det ældste, fuldskibet Juno, er kopi af et norsk skib, der i 1849 forliste ud for Tornby. Hele besætningen omkom, og blandt de vragdele, der efterfølgende drev i land, var denne kopi, som kaptajnen havde bygget til sin søn. Skibet blev ophængt i kirken i 1850'erne og har norsk flag på gaflen.

Skibet Knoben er en model af fyrskibet ved Anholt Knob, bygget af Jens Chr. Christensen fra Tornby, der ville gengælde en pengegave, han fik af den daværende kirkeejer i forbindelse med sin deltagelse i krigen i 1848. Han blev senere fører af fyrskibet, og modellen blev ophængt i kirken i 1870.

Prædikestolen er et snedkerarbejde fra omkring 1850 og har tidligere stået i Sct. Catharinæ kirke i Hjørring. Den blev i 1929 skænket til kirken og opsat på den gamle fod, der er det eneste tilbageblevne af den gamle prædikestol - og de øvrige stole - i renæssancestil.

Kirkeklokken, med en diameter på 81 cm, er støbt af Petrus Laurentius i 1586 og - ifølge Kirkeministeriets klokkekonsulent, Per Rasmus Møller - et uerstatteligt klenodium af stor kulturhistorisk værdi. Den er forsynet med en inskription på latin, der oversat lyder: "Herre, hjælp os til, da livet er evigt, at arbejde på at kunne dø hæderligt!". Ophængningshankene er udformet som to ansigter.

Pga. af overgang til automatisk ringning blev der i 2015 ophængt en ny klokke ved siden af den gamle. På båndet foroven står der: "Støbt til Tornby kirke af Olsen Nauen klokkestøber i Norge".

Midt på siden står der: "Her døber vi de spæde, vi knytter hjertebånd og beder, at de døde må leve i Guds hånd". Teksten er fra vers 4 i Lisbeth Smedegaard Andersens salme: I går var hveden moden. (DDS m.717) Midt på modsatte side står: "Skænket af A. P. Møller og hustru Chastine McKinney-Møllers fond til almene formål."

På Vendsyssel Historiske Museum i Hjørring kan man se en Kristusfigur i legemsstørrelse udskåret i træ, der stammer fra en såkaldt "frelsergrav" i Tornby kirke.

I midten af 1990'erne farvesatte kunstneren Hasse Juul kirken, idet han tog udgangspunkt i altertavlens røde, blå og gyldne farver.

I tårnrummet findes noget helt specielt: Mindeplader i metal overtrukket med emalje.

Maren Jensdatter, også kaldet Maren Kjul, var ”klog kone” og havde patienter fra store dele af Vendsyssel.