Branden upptäcktes i S:t George's Cathedral i Kapstaden vid 02-tiden.
"Det verkar som att ett brinnande stycke bomull/gasbinda kastades genom det lilla gallerförsedda fönstret nära trapporna som leder upp till katedralens huvudentré", skriver prästen Michael Weeder, dekan vid katedralen, i ett uttalande till församlingen.
"En person sågs springa iväg från katedralen".
Brandmännen som anlände till platsen kunde snabbt släcka lågorna och byggnaden ska utöver rök ha klarat sig utan skador.
Desmond Tutu, som tog emot Nobels fredspris och av många sågs som en fadersgestalt för sina insatser i kampen mot apartheid, dog 90 år gammal i slutet av december förra året.
Så sent som den 2 januari drabbades landets parlament, som ligger blott två kvarter bort från den eldhärjade kyrkan, av en mordbrand i samband med att Tutu begravdes.
En man sitter frihetsberövad misstänkt för det dådet.