Les trois vitraux de l'abside du chœur sont datés par une inscription au sommet de ces vitraux donnant la date de 1461. Le donateur, le frère de l'abbé Burkhard von Müllenheim, et son blason sont représentés en bas de deux vitraux.
Les trois baies de l'abside représentent :
Le style des verrières les rattachent à l'école de Strasbourg. On peut rattacher le panneau représentant sainte Catherine d'Alexandrie à une peinture équivalente du peintre strasbourgeois Jost Haller, réalisée vers 1466. D'autres panneaux se rattachent à certaines peintures du Maître de la Passion de Karlsruhe
Les verrières de Walbourg ont été rattachées au peintre-verrier Peter Hemmel d'Andlau, qui acquiert le droit de bourgeoisie à Strasbourg dès 1447. Il a épousé la veuve du peintre-verrier strabourgeois Heintz. Sa dernière œuvre connue est une verrière réalisée en 1501 pour l'église Notre-Dame de Thaur, près d'Innsbruck, commandée par l'empereur Maximilien. Cette attribution est discutée. Le Maître de Walbourg est-il Peter Hummel ? Dans cette discussion, les spécialistes rapprochent les verrières de Sainte-Walburge de celles de l'église Saint-Guillaume de Strasbourg.
Certains panneaux semblent plus tardifs et ont dû être réalisés sous l'abbatiat de Peter Schwartz (1479-1519) qui a terminé l'œuvre de son prédécesseur.
La reconstruction de la nef de l'église a été faite en conservant les murs des collatéraux de l'église construite du début du XIIe siècle et en les surélevant. Ce choix a peut-être été fait pour conserver la mémoire de Frédéric le Borgne, grand bienfaiteur de l'abbaye, et père d'un empereur. Ces murs ont été dégagés lors de la campagne de restauration de 1968-1971 en débouchant les fenêtres initiales des bas-côtés.
L'église a été reconstruite avec un vaisseau unique en rehaussant la toiture. L'église romane était en trois vaisseaux avec bas-côtés.
La particularité de l'église, c'est la longueur du chœur qui comprend trois travées et se termine par un chevt polygonal à cinq pans.
Le chœur et la nef sont séparés par une travée barlongue surmontée du clocher. Cette travée est appuyée côté nord sur une chapelle consacrée aux archages Michel, Gabriel et Raphaël, ainsi qu'à tous les anges. Les murs de cette travée sont ouverts sur la nef et le chœur par de grandes arcades. Des tribunes ont été étabies au nord et au sud dans cette travée qui communiquaient, à l'origine, à un jubé, supprimé au XVIIIe siècle.
Bien qu'on ne possède pas de document donnant le nom de l'architecte, la présence d'une clé de voûte portant une marque qui a été identifiée comme celle du maître maçon souabe Hans Böblinger, mort à Esslingen en 1482.
Un nouvel orgue a été construit par le facteur d'orgues Martin Wetzel (1794-1887) en 1832. Il était destiné à l'origine à la cathédrale de Strasbourg. Mais l'Œuvre Notre-Dame l'ayant refusé, il fut finalement mis en place dans l'abbatiale en 1835.