La chiesa di San Michele venne edificata sulle preesistenze di un’altra chiesa, in stile Gotico-Aragonese intitolata anch’essa a Santu Miali, della quale mantenne l’abside con la sua tipica volta a crociera e parte della Sacrestia. Era situata nel medesimo luogo dove oggi si trova, ma era più piccola e più modesta assai, col tetto di legno. Infatti l'edifìcio attuale è dell'epoca del Rev. Gian Francesco Garau che fu Rettore dal 1680 al 1715, ma allora era senza il campanile, che si fabbricò più tardi. Quando fece la Visita Pastorale Mons. Balestra nel 1907 esistevano nell'archivio parrocchiale gli atti notarili dei contratti di fabbrica. È detto in quella Visita: «La Chiesa parrocchiale fu edificata tra la seconda metà del secolo XVII e la prima metà del XVIII, come risulta dai diversi contratti in lingua spagnola stipulati dal Rettore Giovanni Garau Parroco di quell'epoca con diversi muratori di Cagliari».
Questa indicazione basta a farci conoscere i muratori della chiesa di Gonnostramatza che quasi sicuramente furono gli stessi che fabbricarono la chiesa Cattedrale di Ales, tra i quali l'Antonio Cùcuru e il Lucifero Marceddu che lavorarono anche nella chiesa di Gonnosnò e di Collinas.
La descrizione della chiesa è fatta nella Relazione di Mons. Pilo nel 1761, dalla quale possiamo dedurre, tra l’altro, che nel presbiterio erano presenti tre altari.
Le feste principali di quel tempo erano San Michele del 29 settembre, la Dedicazione della Chiesa il 26 agosto, l'Assunta, il Corpus Domini. Si festeggiava pure San Giuseppe Sposo di Maria, San Giovanni Nepomuceno, San Giov. Battista, Sant'Isidoro, Sant'Antonio Abate, Sant'Antonio di Padova, Santa Vittoria, San Sebastiano. Nel 1752 si pensò a fabbricare il campanile; e, per tutto quell'anno e nell'anno successivo, fu un continuo trasportare di pietre al piazzale della chiesa, dove i muratori Mastro Efisio Mura e Mastro Antioco Serpi, ambedue di Cagliari, andarono innalzando la torre. I lavori continuano per tutto l'anno 1755 e 1756. Nel 1757 e 1758.
Poco dopo si pensò ad un pubblico orologio, per il quale fu anche fabbricato un apposito piccolo campanile. Questo, nel 1899, minacciando rovina fu demolito, ma per oltre cento anni aveva servito al suo scopo. Nel 1760 un carradore di San Sperate, Lussorio Bambù, portò da Cagliari a Gonnostramatza il nuovo orologio; per cui fu collocata nel campaniletto una distinta campana. La montatura della camera dell'orologio fu eseguita da un frate, del quale non è indicato il nome; ma possiamo credere che fosse Fra Pasquale Uccheddu di San Giovanni Battista del collegio di Oristano, perché quel frate, circa quel torno di tempo, restaurò l'orologio della Cattedrale di Ales. Negli anni 90 l’antico orologio è stato sostituito con uno moderno alimentato da energia elettrica. In Gonnostramatza i conti furono saldati al Frate il 20 maggio 1762. Sistemato il campanile, si tornò a spendere per l'interno della chiesa; e nell'ottobre 1763 venne un marmista da Cagliari, per collocare un sacrario, gradini e paliotto di marmo all'altare maggiore, che restò di legno soltanto nella finitura superiore e laterale. Infatti nel 1° dicembre 1764 si pagarono muratori e falegnami per il collocamento di un grande quadro centrale.
Ma in Gonnostramatza, come in altre chiese della Diocesi e non solo, una volta entrato il gusto del marmo nelle simpatie delle amministrazioni, essi finivano per spazzare via dalla chiesa tutte le ornamentazioni di legno. Fu pertanto anche in questa parrocchia costruito un grandioso altare interamente di marmo, con annesse balaustrate. E cosi «el marmolero» Michele Spazzi finiva le sue opere il 17-novembre 1772. Nel 1780 il muratore Gerolamo Marchias di Cagliari eseguiva il pavimento in pietra; che però nell'anno 1857 fu rifatto in marmo.
Nella chiesa di San Michele Arcangelo è custodito il retablo dell’Annunziata, dipinto da Lorenzo Cavaro nel 1501 per la Chiesa del distrutto paese di Serzela.
