Die Döhlener Kirche wurde als drittes Kirchengebäude zwischen 1880 und 1882 nach Plänen von Gotthelf Ludwig Möckel im neoromanischen Stil erbaut - unmittelbar neben dem Standort, an dem sich seit dem 12. Jahrhundert die älteste Gemeindekirche im Plauenschen Grund befand. Den noch erhaltenen Turmstumpf bezog man in den Bau ein.

Der Vorgängerbau von 1588 wurde 1880 abgerissen. In das neue Gebäude sind die Weihetafel von 1588 und der Taufstein des Freiberger Meisters Lorenz von 1590 übernommen worden. Das Ostwerk der Kirche erhebt sich über einer breiten Freitreppe und zeigt in einem Triumphkreuz den thronenden Christus.

Die Orgel wurde 1882 von der Firma Hermann Eule aus Bautzen gebaut. 1907 erhielt die Kirche zwei Buntglasfenster, erinnernd an die Reformatoren Luther und Melanchthon, sowie 1912 das Monumentalgemälde über dem Triumphbogen, die Kreuzigung Jesu darstellend.

Den Namen Lutherkirche erhielt das Gotteshaus mit der Stadtgründung Freitals im Jahr 1921.

In der ehemaligen Dorfkirche wurden im Jahr 1878 der deutsche Flugpionier Otto Lilienthal und Agnes Fischer, die Tochter eines Bergmanns, getraut. Lilienthal hatte zu dieser Zeit im Königlichen Steinkohlenwerk Zauckerode an der Entwicklung einer Schrämmaschine gearbeitet.