Das heute stehende Gebäude entspricht etwa einem Drittel der Größe des ursprünglichen Bauwerks. Im Mittelalter stürzte die Kirche teilweise ein und wurde mit ihrem heutigen Kopfteil wiederaufgebaut. Heutzutage steht noch das ursprüngliche Eingangsportal und eines der Joche des originären Schiffs.
Die Außenwände werden durch Strebepfeiler gegliedert und die Fensteröffnungen sind mit Transennen aus Stein verziert. Von den Transennen sind vier Originale erhalten.
Der Innenraum ist in drei Schiffe unterteilt, die als architektonische Neuheit durch hohe Säulen anstelle von Pfeilern abgetrennt werden. Die Säulen lagern auf Sockeln, die mit Symbolen der Evangelisten verziert sind. Die großen Kapitelle, auf denen die Arkaden aufliegen, sind mit Motiven byzantinischen und nordafrikanischen Ursprungs ornamentiert.
Im westlichen Vorbau befindet sich über dem alten Eingangsportal eine Empore. Der Zutritt erfolgt durch eine mit Marmorsäulen verzierte Öffnung und eine schmale Steintreppe.
Auf der Empore befinden sich vier kleine Bögen, die der gleichen Anzahl an Türen entsprechen und mit Motiven westgotischer Tradition verziert sind.
Alle Innenräume tragen ein Tonnengewölbe. Über dem die Empore bedeckenden Gewölbe befindet sich ein nicht zugänglicher Raum, in den von außen durch eine runde Transenna Licht fällt, die dem Gebäude eine großartige Schlankheit verleiht.
Der Palast Santa María del Naranco und die Kirche San Miguel de Lillo sind bekannt als die Präromanik des Naranco.
