Sepsikilyén napjainkban közigazgatásilag már Sepsiszentgyörgyhöz tartozó háromszéki település. Elsőként Kylien néven az 1334-es pápai tizedjegyzékben szerepel, ekkor plébánosa, János pap 1 banálist és négy sasos tizedet fizetett („Johannes sacerdos de Kylien solvit I banalem et IIII Chulaqueos” Mon. Vat. I. 1. 133).
Az unitárius templom Kilyén legkorábbi építészeti emléke. Építéstörténetében három nagyobb periódus különíthető el. A templom hajója románkori, és a 13. század végén épült. Eredetileg két bejárata volt, melyek a nyugati és a déli oldalon nyíltak, déli falát pedig két kisebb ablak is áttörte. A hajóhoz északi oldalán négyzetes sekrestyével bővített, nyújtott, félköríves záródású szentély csatlakozott, melyet a 15. század végén lebontottak, és helyére építették a ma is álló, a déli és délkeleti oldalán mérműves ablakokkal tagolt sokszögzáródású szentélyt. A gótikus szentélyt eredetileg boltozattal fedték, északi oldalához pedig egy új sekrestyét építettek, megmagasították a hajó falait, a falakat pedig támpillérekkel erősítették meg. Ekkor a régi, déli bejárat helyére új, későgótikus, élszedett kőkeretes bejáratot nyitottak. Az átalakítás ideje a bejárat ívzáródása fölé illetve az ugyanebből az időből származó szentségtartó fülke bélletébe vésett évszám alapján 1497-re tehető. Ugyanebből az építési periódusból származik a sekrestye bejáratának szemöldökgyámos ajtókerete is.
A templom a reformáció során előbb a református, a 16. század utolsó évtizedeiben pedig az unitárius egyház birtokába került. Ebben az időszakban a hajó falait borító, a 14. század második felében készült falképeket lefestették, lebontották a románkori és gótikus sekrestyéket, és befalazták a sekrestyeajtót és a szentségtartó fülkét. A hajó 1801-ben festett kazettás famennyezetet kapott. 1802-ben, egy nagyméretű földrengés során leomlott a szentély hálóboltozata, és a falak, valamint a mérműves ablakok is megsérültek. A helyreállítás során a szentély boltozatát a hajó mennyezetével megegyező mennyezettel pótolták.
A templom mai formáját 1806-ban, a hajó nyugati falához csatlakozó téglafalazású harangtorony építésével nyerte el. 1820-ban a déli homlokzathoz egy portikuszt is emeltek, ezt azonban a legutóbbi felújítás során lebontották. A templomot körülvevő kerítés és a téglafalazású kapu szintén a 19. század elejéről származik.
Az épület 1977-ben egy földrengés során erősen megrongálódott, emiatt bezárták. 1978-tól kezdődően a 80-as évek elejéig zajló régészeti ásatások során feltárták a hajó románkori szentélyének és a sekrestyék alapjait, valamint a leletek fényt derítettek arra, hogy a templom egy 12–13. századi temetőre épült. Helyreállítása 1994 és 2004 között zajlott. A restaurálás során egy gótikus keresztelőmedence és több faragott kő is előkerült, illetve a valószínűleg a déli portikusz építésekor kiemelt és a nyugati bejárat fölé beépített évszámos zárókövet visszahelyezték eredeti helyére.
A protestánsok által lemeszelt középkori falképek jelentős részét 1885-ben Huszka József tárta fel, aki miután akvarellmásolatokat készített róluk, a gyülekezet kérésére visszameszelte. Néhány részletet az 1970-es években is kibontottak, az 1977-es földrengés után pedig újabb részletek váltak láthatóvá. A falképek teljes feltárására és konzerválására 2004–2005 körül került sor.
A sepsikilyéni unitárius templom kelet-nyugat tájolású, hajója nyugaton négyzetes alaprajzú toronnyal, keleten a nyolcszög három oldalával záródó szentéllyel bővül, falait a párkány magasságáig egyszerű illetve lépcsős támpillérek erősítik. Két bejárata van, egyik a torony aljából nyílik, a másik a déli oldalon, utóbbi kőkeretének csúcsíves záródásában az említett 1497-es évszám olvasható. Fölötte középkori ablak nyílott, ezt utólag befalazták, és napjainkban már csak belülről látható. A torony felőli első pillérközben szintén egy románkori, azonban a gótikus átépítés során megnagyobbított ablak található. Két oldalán, illetve a bejárat szomszédságában a legutóbbi felújításkor három, a Kánai menyegzőt megjelenítő falképet tártak fel.
A szentély falát eredetileg öt csúcsíves és mérműves ablak törte át, ezek közül mára már csak a déli és a délkeleti ablakok láthatók, a többieket befalazták. A szentély északi falához csatlakozó gótikus illetve az egykori románkori szentélyt bővítő sekrestyéknek mára már csak a helyreállított alapozásaik és három falcsonkjuk látható. A lebontott gótikus sekrestye nyílását kívülről falmélyedés jelzi.
A bádogozott sisakkal fedett torony háromszintes, földszintjén félköríves nyílású bejárat van kialakítva, felső szintjeit lizénák, köralakú nyílások és félköríves ablakok tagolják. A nyugati fal torony által takart külső felületén Szent Annát, Máriát és a kis Jézust ábrázoló kompozíció, ún. Mettercia-ábrázolás töredékei maradtak fenn.
Belül a hajó déli, nyugati és északi falát két, egymás fölötti sávba rendezve a 14. század második felére datálható falképek díszítik.
Az alsó falszakaszon mindhárom oldalon nagyobbrészt egy Passió-ciklus látható. A sorozat a déli bejárattól indul. Első, a jeruzsálemi bevonulást ábrázoló szakasza nagyobbrészt elpusztult, illetve az itteni falképeket egy későbbi Madonna-ábrázolás is eltakarja. A déli fal nyugati szakaszán az Utolsó vacsora, a falsarokban Krisztus elfogatásának (Júdás csókja, a római katona fülét levágó Péter), a nyugati falon Krisztus ostorozásának, Krisztus Pilátus előtt, a Töviskoronázás és Keresztvitel jelenetei láthatók. A ciklus az északi falon a Keresztrefeszítés jelenetével folytatódik, melynek középső része mára már erősen megrongálódott, emiatt részleteit csak Huszka másolataiból ismerjük. A soron következő Levétel a keresztről-, Krisztus siratása-, Feltámadás- jelenetét ábrázoló falképek alsó része elpusztult, a Krisztus pokolraszállását megjelenítő illetve az utolsó falkép – melyből csak egy glóriás Krisztus-arc maradt fenn – azonosítása bizonytalan. Ezt két, a sorozattal egyidőben készült, de ehhez nem tartozó falkép követi. Egyikük egy Madonna-ábrázolás, melynek bal oldalán, a háttérben látható drapéria előtt, egykor térdelő donátor lehetett, mára ez a rész elpusztult. Az északi fal alsó szakaszának utolsó, keleti falképe két álló férfi szentet, feltételezhetően Szent Kozmát és Damjánt ábrázolja. Nem tartozik a sorozathoz a bejárat jobb oldalán levő, későbbi, feltételezhetően Szent Dorottyát ábrázoló falkép sem, melynek megmaradt részletén egy kosarat tartó gyermek látszik.
A déli fal felső regiszterét az Utolsó Ítélet-falkép borítja. A kompozíció központjában a mandorlába foglalt ítélkező Krisztus, mellette harsonát fújó angyalok, fölötte, két oldalt az apostolok, lábainál Szűz Mária és Keresztelő Szent János imádkozó alakjai jelennek meg. Krisztus alakjától balra, lent, a feltámadtak csoportja, jobbra egy Köpenyes Mária-ábrázolás látható. A Szűz Máriától balra levő kifestés a középkori ablak megnagyobbításakor megsérült. Itt jelenleg egy mérleg látható, melynek kosarában egy ördögi alak ül. A mérleget tartó Szent Mihály alakja, és a jelenetsort balról lezáró Pokol-ábrázolás elpusztult. A Mennyország Krisztustól jobbra városként jelenik meg, és kapuját angyal őrzi.
A nyugati fal falképei kopottságuk miatt alig értelmezhetőek. Innen indult a Kivonulás jelenetével a Szent László legenda narratív képciklusa a megszokott jelenetekkel, majd az északi fal felső szakaszán folytatódik és a lefejezéssel zárul.
A három nagy, ugyanahhoz a műhelyhez tartozó freskóciklus mellett meg kell említeni a mennyezet alatt helyenként előbukkanó ívsoros, illetve a szentély északkeleti falába mélyített, csúcsíves záródású szentségtartó fülke körüli díszítőfestést is.
A gótikus szentségtartó szomszédságában még két középkori emlék található: a befalazott kőkeretes, szemöldökgyámos sekrestyeajtó és egy keresztelőmedence.
Az északi falhoz csatlakozó szószék falazott kosara és faragott hangvetője, a szentély és a hajó márványozott festésű kazettás mennyezete a 19. század elején készült.