Die Gronsdorfer Kirche wurde erstmals 1315 in der Konradischen Matrikel zu Freising erwähnt.
Um 1625 gibt es eine erneute Erwähnung der Kirche und zwar in einem Brief des Kurfürsten Maximilians, wo er nach Rückkehr eines Bildes der Hl. Anna den Amtsverwalter anweist, alle Opfergaben fleißig zu verwahren.
Die Wirren des 30-jährigen Kriegs haben auch Gronsdorf nicht verschont. In den Maitagen des Jahres 1632, als die Schweden durchzogen, sollen Kirche und Ort gebrandschatzt worden sein. Im Jahre 1689 meldete der Cooperator von Trudering seine Filialkirche zu Gronsdorf als baufällig, aber erhaltenswert, an seine Obrigkeit nach Freising "... was das Kirchlein zu Gronsdorf anbelangt, ist dasselbe nur mit Schindl bedacht und ist im übrigen ebenfalls baufällig genug, hat doch einen großen Zugang wegen der Gutthaten, so denen widerfahren, welche sich dorten zum Hl. Creutz verloben ..."
Ein hochherziger Gönner, Baron Mendl von Dietenhofen, läßt die Kirche auf eigene Kosten wiederherstellen und möchte aber seine edle Tat keinesfalls an die große Glocke gehängt wissen. Dies erfahren wir aus demselben Brief des Truderinger Pfarrers, wenn er weiter schreibt: "...dieses Kirchlein wollte aber aus freiwilligen Almosen reparieren Herr Baron ... churfürstlicher Hofrat zu Münchener, er will aber solches sein Almosen nit wissen lassen, sondern nur in der geheim so viel Geld geben .... er weiß auch um diese meine untertänigste Anfragung nichts, und wüßte er´s, er ging vielleicht mit seinen Geld zurück, denn er will ganz nichts davon wissen lassen, mir aber gebiet meiner hochchristlichen Obrigkeit nichts zu verbergen..."
Vermutlich erhielt die Kirche in der Folgezeit im Wesentlichen ihr heutiges Aussehen.
1815 und 1854 wurde das Gotteshaus jedesmal durch Blitzschlag schwer beschädigt. Nach dem letzten Einschlag wurde es mehrere Jahre polizeilich gesperrt, dann aber einer gründlichen Reparatur unterzogen,
Bei der letzten Renovierung 1973 wurde die Empore wieder hergerichtet, wobei man die Jahreszahl 1689 entdeckte, d.h., sie stammt noch aus den barocken Umbau, den wir oben erwähnten.
Um der modernen Liturgie gerecht zu werden, wurde nach dem 2. Vatikanischen Konzil ein Volksaltar aufgestellt. Die Heilig-Kreuz-Kirche ist heute eine Filialkirche und wird von St. Konrad, Haar, versorgt. Gottesdienste finden alle Sonn- und Feiertage statt.
Der heutige Bau stammt im wesentlichen aus dem späten 17. Jahrhundert, die Innenausstattung aus dem späten 19. Jahrhundert. Die äußeren Mauern sind gelb verputzt, mit weiß abgesetzter Blendrahmengliederung. Der achteckige Turm hatte ursprünglich einen Spitzturm, bekam zeitweise, nachdem Bomben ihn im 2.Weltkrieg zerstörten, einen mit Schindeln eingedeckten Zwiebelturm, und präsentiert sich uns mittlerweile wieder als Spitzturm. Der Zugang zur Kirche erfolgt über einen überdachten Vorbau an der Südseite. Dort befindet sich eine Nische mit Blechbild "Arme Seelen im Fegefeuer" aus dem 19. Jahrhundert.
Der Innenraum weist ein Tonnengewölbe mit Stichkappen auf. Decken und Wände wurden 1985 in gotischer Schablonenmalerei rekonstruiert, so, wie die Kircheninnere um 1883 aussah. Der Boden besteht aus diagonal verlegten Solnhofer Platten. Im Langhaus und Chor sind farbig verglaste Rundbogenfenster, nordseitig noch die alten aus dem Jahr 1894 - sie zweigen den Hl. Nepomuk und den Hl. Aloysius - südseitig zwei neue aus dem Jahr 1986 - diese zeigen die Hl. Irmengard und den Hl. Franziskus.
Der Choraltar ist neugotisch mit klassizistischen Elementen und stammt aus dem Jahre 1883. In drei Rundbogennischen sind alttestamentliche Opferszenen in Halbreliefs dargestellt: Opferung des Isaak, Opfer des Melchisedek und das Paschamahl. Über der rundbogigen Altararchitektur erhebt sich eine lebensgroßen Kreuzigungsgruppe, Christus am Kreuze‚ die Büßerin Magdalena, den Fuß des Kreuzen umklammernd und Maria und Johannes im Schatten des Kreuzes stehend. Die Kreuzigungsgruppe ist eine Tiroler Schnitzerarbeit, von den Gronsdorfer Bürgern gestiftet.
Das Altarbild des nördlichen Seitenaltars zeigt Maria als Himmelskönigin über einer
Ansicht von Gronsdorf, seitlich flankiert von St. Juliana mit dem Drachen und St. Korbinian mit dem Bären, beides Holzfiguren aus dem frühen 16. Jahrhunderts. Im Sockel in einer Nische die Hl. Anna und Maria aus dem 18. Jahrhundert.
Der südliche Seitenaltar zeigt im Altarbild den Hl. Sebastian und die Hl. Christina (evtl. Hl. Ursula) in der Glorie. Auf der Leuchterbank steht eine Figur des Hl. Leonhard aus dem 18. Jahrhundert.
Die Kanzel ist grau marmoriert mit vergoldeten Ornamenten und zeigt am Kanzelkorb die vier Evangelisten Lukas, Markus, Matthäus und Johannes.