ÖVERSIKT Vallby kyrka består av ett enskeppigt långhus, ett rakt avslutat, fullbrett kor i öster, en sakristia i norr, ett vapenhus i söder och ett torn i väster. I det nordöstra hörnet mellan sakristian och koret finns en mindre tillbyggnad. I tillbyggnaden leder en trappa ned till pannrummet under sakristian. Kyrkans yttertak täcks av träspån.
FASADER Vallby kyrka bevarar till sin helhet medeltida murverk. Långhuset, koret och tornet är uppförda av natursten, liksom troligen sakristian, medan vapenhuset är uppfört av tegel.
Kyrkan saknar markerad sockel. På vapenhusets fasader, på tornets södra och västra fasader samt på sakristians norra och östra fasader är grundstenarna synliga.
Fasaderna är putsade och vitkalkade. Putsen är i grunden en slätputs som vid påförningen har getts något olika utseenden. På tornets samtliga fasader samt på sakristians västra fasad är putsen kraftigt kvastad horisontellt, vilket ger byggnadsdelarna ett relativt avvikande utseende.
Vapenhuset är den enda byggnadsdel som har dekorativa element i fasaderna. Den södra gavelfasaden har en korsformad blindering strax under nock samt rektangulära, horisontella blinderingar på vardera sidan om portalen. Vapenhusets östra fasad har nedtill ett strömskift och över detta en rektangulär, liggande blindering i nivå med blinderingarna på gavelfasaden. Troligen har även vapenhusets västra fasad haft samma typ av utsmyckning.
FÖNSTER Långhuset har stora, rundbågiga fönsteröppningar som troligen fick nuvarande utseende under 1700-talet. Koret har spetsbågiga, tvåsprångiga fönsteröppningar i söder och öster. Dessa är möjligen ursprungliga. Fönsteröppningarna har putsade omfattningar och smygar samt kopparplåtklädda solbänkar. Fönsterkarmar och fönsterbågar är av trä. Fönstren är indelade i fyra lufter av korsposter. I de kopplade fönsterbågarna sitter blyinfattade, rektangulära glasrutor utvändigt och klarglas på insidan.
I korgavelns fönster sitter tre fasta fönsterbågar, vilka är indelade med träspröjs. Bågarnas vinkeljärn kan stilhistoriskt dateras till 1800-talets slut.
Sakristians norra fasad har en stickbågig fönsteröppning. I öppningen sitter ett enluftsfönster. Fönsterbågens hörnbeslag kan stilhistoriskt dateras till 1700-talet. Fönstret kan möjligen dateras till 1786, då en järnlucka beställdes till sakristians fönster.
Över porten i väster sitter ett rundbågigt fönster. I fönsterbågen sitter små, rektangulära glasrutor i träspröjs.
Kyrkans fönsterkarmar och fönsterbågar är målade i gråblått utvändigt.
INGÅNGAR Kyrkans huvudingång i tornets västra fasad är placerad i en korgbågig muröppning. I öppningen sitter en rakt avslutad, utåtgående enkeldörr. Dörrbladet är utvändigt klätt med stående, spontade brädor. Dörren är svartmålad utvändigt, röd invändigt. Över dörren sitter ett rundbågigt överljusfönster.
Ingången till vapenhuset är placerad i en tresprångig, rundbågig portal. I öppningen sitter en inåtgående port. Dörrbladet består av tre breda, stående plankor som hålls samman av två horisontella tvärslår. På insidan sitter en kraftig låskista. Utvändigt är dörrbladet klätt med stående, spontade brädor. Porten är svartmålad.
ÖVRIGA ÖPPNINGAR Tornet har rundbågiga ljudöppningar i samtliga väderstreck. Öppningarna togs upp i samband med att kyrkklockorna flyttades till tornet år 1890. I öppningarna sitter brädluckor. Över de sekundärt upptagna ljudöppningarna har tornet ursprungliga, romanska öppningar i samtliga väderstreck.
Vapenhusets gavel har en tvåsprångig öppning över ingångsportalen. Det yttre språnget är korgbågigt medan det inre språnget är stickbågigt. I öppningen sitter en tjärad brädlucka. Öppningen utgör den ursprungliga ingången till kyrkans vind.
Sakristian har en stickbågig öppning över gavelns fönster. I öppningen sitter en tjärad brädlucka. Öppningen är den enda ingången till sakristians vind.
TAKLAG OCH YTTERTAK Långhuset, koret, sakristian och vapenhuset har sadeltak. Tornets åttkantiga spira består av en nedre del med svängt takfall och en övre del. Samtliga takfall är spåntäckta, men med spån av något olika typer. Vindskivorna är på samtliga gavlar utsmyckade med en dekorativt utsågad undre kant.
Långhuset och sakristian har spån med rundad nedre del. Vapenhuset har breda näbbspån på det västra takfallet och spån med rundad nedre del på det östra takfallet. Tornspirans spån avsmalnar ned mot en rak nedre kant.
Vapenhusets och långhusets gavelspetsar kröns av träkors, medan sakristians gavelspets kröns av ett svartmålat järnkors. Tornspiran kröns av ett kors med klot i korsmitten och på korsarmarna samt överst en tupp. Samtliga delar är utförda av kopparplåt.
Samtliga takfall är försedda med hängrännor och stuprör. Dessa är utförda av svartmålad plåt alternativt svart Plåtisol, undantaget tornets stuprör, vilka är utförda av vitmålad plåt.
Långhuset har en murad, plåtklädd skorsten i nock, ungefär mitt på långhuset.
Tornspiran har en taklucka på det södra takfallet.