Die bauhistorische Auseinandersetzung mit der Kirchenburg in Arbegen durch Studierende und Lehrende der TU Wien erfolgte im Rahmen des Moduls Baugeschichte::Bauforschung. Im Ergebnis der gemeinsamen Untersuchung kann die Baugeschichte der Kirchenburg folgendermaßen beschrieben werden:
Die Kirche in Arbegen wurde vermutlich im 14. Jahrhundert – wohl bereits vor der ersten urkundlichen Nennung des Dorfes Arbegen im Jahr 1343 –  als eine gotische Saalkirche errichtet, die in ihren wesentlichen Teilen in den Mauern des Langhauses und des Chores erhalten ist. Vier hoch angeordnete, schmale und hohe Langhausfenster mit trichterförmigen Laibungen sind nachweisbar und bezeugen den Bautyp der Kirche. Mit diesem ursprünglichen Baubestand verbundene Strebepfeiler auf der Süd- und  Nordseite des Langhauses verweisen auf ein einst vorhandenes, den Kirchenraum deckendes Gewölbe. Der gotische Langchor mit Polygonalabschluss und einem in der Ostwand erhaltenen, teilvermauerten Maßwerkfenster ist als Teil dieser ersten fassbaren Kirchenbauphase erhalten, durch spätere Einbauten jedoch in seiner Form verunklärt. Der Kirchensaal wurde durch ein nach Osten abgewalmtes Kehlbalkendach gedeckt, das man im Zuge späterer Veränderungen rückbaute. Wohl noch im Verlauf des 14. Jahrhunderts wurde die Kirche im Zuge ihrer sukzessiven Wehrbarmachung mit einem über dem Westjoch des Chores errichteten Turm versehen. Dieser übernahm Wehrfunktionen gegenüber der besonders gefährdeten Nordostseite der Kirche. Der Turm nahm außerdem ein erstes Geläut auf, wie sekundär vermauerte Schallöffnungen und zwei noch aus dieser Zeit vorhandene Glocken belegen. Etwa um 1500, zeitgleich mit der Errichtung einer Ringmauer aus Ziegelmauerwerk um die Kirche, wurde der Turm aufgestockt und mit einer außen umlaufenden Wehrplattform versehen. Außerdem baute man wohl auch den Chor durch Erhöhung seiner Außenmauern um zwei Geschoße und die Anbringung  von Schießscharten wehrhaft aus. Über diesem Wehrbereich wurde sogar noch ein weiteres Wehrgeschoß in Holz errichtet, dessen oberer Abschluss vermutlich durch das heute noch erhaltene Chordach gebildet wurde, wie Putzabdrücke zeigen. Möglicherweise im Zuge dieser Baumaßnahme wurden die gotischen Fenster des Chores und des Langhauses vermauert, um das Eintreten von Brandgeschoßen in den Kirchenraum zu verhindern.

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Im Barock, eventuell schon ab der zweiten Hälfte des 17. Jahrhunderts, erfolgte die Öffnung und Ausgestaltung des Kircheninnenraums: Es wurden auf der Südseite vier große Fenster eingesetzt, eine Flachdecke unbekannter Errichtungszeit rückgebaut und durch ein Gratgewölbe mit Stichkappen ersetzt. Eine erste Orgelempore im Westen des Saales war über gewendelte Zugangstreppen erreichbar. Seit Beginn des 19. Jahrhunderts kam es zu einer Reihe kleinerer Baumaßnahmen. Sie umfassten die Errichtung eines Arkadenbaus an der Nordfassade des Kirchensaals, die Erweiterung der Orgelempore, den Einbau seitlicher Emporen, die Neufassung der Westfassade in klassizistischen Formen sowie die Errichtung eines Eingangsportals im Westen. Wohl etwa im gleichen Zeitraum wurden auch die Wehrplattform des Turms sowie das hölzerne Wehrgeschoß über dem Chor rückgebaut und das hölzerne Dachtragwerk des Turmhelms neu errichtet. Noch später entfernte man die innen und außen entlang der Ringmauer errichteten privaten Lager- und Vorratsräume, durch die sich die siebenbürgischen Kirchenburgen auszeichnen.