Die Architektur dieser Basilika beeindruckt durch ihre Schönheit: Der Grundriss besteht aus drei Schiffen, die durch Rundbögen voneinander getrennt sind. Getragen werden diese Rundbögen von quadratischen Säulen mit Kapitellen mit Kämpfergesims, und die Decke besteht aus Holz. Das Querschiff ist ungewöhnlich breit und hoch und wird durch eine große Öffnung in der Südwand erhellt, von der aus man Zugang zu zwei Anbauten bzw. Sakristeien an der Süd- und Nordseite hat.

Im Altarraum befinden sich drei Chapellen mit Gewölben, in denen Öffnungen mit Transennen und Ädikulen (bzw. Tabernakeln) an der Stirnwand erhalten geblieben sind. Die Mittelapsis ist mit Blendarkaden dekoriert; darüber befindet sich ein Raum, der nur von außen durch das von Säulen mit Kapitellen getragene Drillingsfenster zugänglich ist. Dieser Raum ist für die vorromanische asturische Architektur charakteristisch, allerdings ist seine Funktion nicht geklärt.

Außergewöhnlich ist ebenfalls die malerische und plastische Gestaltung der Kirche, sie hat einen besonderen Bezug zu den Zeremonien vor der Abreise des Königs in die Schlacht und nach seiner Rückkehr.

Die Bildhauerkunst konzentriert sich auf den Altarraum, die Mittelapsis mit ihren Blendarkaden. Hier wurden zahlreiche Bauteile wiederverwendet: Kapitelle, Sockel, Säulenchäfte und Pilaster aus römischer und westgotischer Tradition. Die Gestaltung und Qualität stechen hervor.

Die Fresken, die eindeutig klassischen Ursprungs sind, zeigen ein großartiges Repertoire an pflanzlichen, geometrischen und architektonischen Motiven und das Heiliges Kreuz wird immer wieder an den Wänden dargestellt.

Die komplexe Symbolik bezieht sich auf das himmlische Jerusalem und ist von der Vision der Offenbarung des Heiligen Johannes inspiriert: „Ihre Mauer ist aus Jaspis gebaut und die Stadt ist aus reinem Gold, wie aus reinem Glas. Die Grundsteine der Stadtmauer sind mit edlen Steinen aller Art geschmückt; der erste Grundstein ist ein Jaspis, der zweite ein Saphir, der dritte ein Chalzedon…“ (Offb. 21, 18-19).

In den Jahren 1912-1915 wurde die Kirche vom Forscher und Philanthropen Fortunato Selgas und vom Architekten Vicente Lampérez zuletzt renoviert. Hierdurch wurde die ursprüngliche architektonische Anordnung der Basilika wiederhergestellt. Barocke Elemente wurden entfernt und der Innenverputz entfernt, wodurch das Bildrepertoire der frühmittelalterlichen Kirche zum Vorschein trat. Heute gehört dieses Repertoire aus dieser Epoche zu den bedeutendsten in ganz Europa.

San Julián de los Prados wird auch heute noch als Pfarrkirche genutzt.