I samband med en fasadrenovering i augusti 1991 utförde Östergötlands Länsmuseum en murverksdokumentation, omfattande framför allt sydfasaden samt delar av tornet och nordfasaden. Strå kyrka har i sin äldsta utformning bestått av torn, långhus, smalare kor och absid. I samband med undersökningen kunde konstateras att tornet ligger i förband med långhuset, d v s har tillkommit under kyrkans första byggnadsetapp, sannolikt under 1100-talet. Dessutom hittades långhusets ursprungliga sydportal och fönster samt ett fönster i tornets södra mur. Ett murhörn invid den senare sakristian härrör sannolikt från en senmedeltida sakristia, vilken sedermera byggts in i samband med kyrkans utvidgning under 16–1700-talen. Kyrkans nuvarande nordmur har tillkommit som en andra byggnadsetapp. Rester av ett sekundärt insatt(?) fönster av medeltida typ hittades i nordmuren.