La construcción está totalmente abovedada, y, por primera vez en el arte asturiano, las naves están separadas por columnas. Recorrida toda la construcción por contrafuertes, consta que tuvo tres ábsides. Los elementos de la fachada están dispuestos de una forma monumental (puerta con arco, gran ventana encima y otras dos más pequeñas a los lados). Es, tal vez, la primera fachada monumental de la arquitectura española. Las celosías son importantes desde el punto de vista decorativo.
1. Nartex o vestíbulo 2. Dependencias laterales 3. Escaleras de acceso a la tribuna 4. Nave central 5. Naves laterales 6. Ábside central 7. Ábsides laterales - en negro, los restos conservados
Actualmente sólo se mantiene en pie una tercera parte del edificio original porque en fechas anteriores a 1115 sufrió un derrumbamiento que acabó con su triple ábside y tres tramos de la nave. Según las crónicas, las causantes de este hecho fueron sus elevadas bóvedas y las aguas de un arroyo cercano que socavaron los cimientos. Tras el hundimiento, el ara fue trasladada al mirador oriental de Santa María y transcurrido un periodo indeterminado de tiempo, los restos que permanecieron en pie fueron cerrados con un muro bastante chapucero de materiales reaprovechados del derrumbe y se construye una capilla rectangular con una tosca bóveda de cañón para volver a dotar al edificio de uso litúrgico.
En esta imagen del interior de Lillo se aprecia la cubrición abovedada mediante un sistema complejo de bóvedas de cañón. Los arcos descansan sobre columnas.