L’édifice, d’une symétrie parfaite, comprend deux niveaux, différents et superposés, auxquels on peut accéder de façon indépendante. L’espace central de l’étage inférieur, accessible par une porte latérale côté nord, au plan rectangulaire, a une faible hauteur et est couvert par une voûte aux arcs-doubleaux, les extrémités disposant de deux espaces : celui occidental auquel on accède depuis l’extérieur tandis que l’on pénètre dans celui oriental par l’intérieur, en descendant cinq marches pour rejoindre un espace associé à des usages thermaux.

On atteint l’étage supérieur par la façade septentrionale en empruntant un double escalier qui débouche sur la salle centrale à travers un vestibule. La structure de la pièce centrale et des espaces aux extrémités se répète, dans ce cas, avec des belvédères à l’est et à l’ouest. Un mirador était ouvert sur la façade sud jusqu’au XVII^e siècle.

À l’intérieur, la voûte en berceau renforcée par des arcs-doubleaux et les arcatures aveugles des murs sont remarquables. Cet espace dévoile des reliefs sculpturaux des chapiteaux, bandes et médaillons à la symbolique intéressante. Un programme sculptural, original et unitaire, montre des figures d’animaux, des lions et des faisans, des créatures fantastiques, des personnages tenant des bâtons, des cavaliers affrontés tenant des épées, et les croix accompagnées des lettres Alpha et Oméga. Une tentative d’associer le message évangélique de la foi et celui de la Loi et la Justice. Cette décoration pléthorique s’inspire de l’orfèvrerie, la miniature, la peinture et l’art textile, et porte la marque indubitable tant visigothe qu’orientale.

Le mirador oriental accueillait l’autel et son inscription a été réalisée par Ramire I^er et son épouse Paterne :

« Christ, fils de Dieu, toi qui es entré dans le sein de la bienheureuse Vierge Marie sans conception humaine et en es sorti sans corruption, toi qui par ton serviteur Je glorieux prince Ramire, avec sa femme Paterne, a rénové cette demeure quasi détruite par une trop grande vétusté et a pour eux édifié cet autel de la bénédiction de la glorieuse sainte Marie en ce haut lieu, exauce les de ta demeure céleste et remets leurs péchés,  toi qui vis et règnes par les infinis siècles des siècles, amen. Le 9^e jour des calendes de juillet, en l’ère 896 » (23 juin 848). (Traduction à l’espagnol : César García de Castro ; Traduction au français : Zesauro Traducciones)

La pièce originale a été retrouvée et recomposée lorsque l’autel baroque de l’église a été démonté en 1883, faisant partie du pan en maçonnerie. À l’initiative de la Commission Provinciale des Monuments, cette pièce est entrée au Musée archéologique des Asturies.

Vers le XII^e siècle, lorsque l’église San Miguel de Lillo était en ruine, ses fonctions paroissiales commencèrent à être exercées par sainte Marie, figurant comme tel dans l’Inventaire des paroisses de l’évêque Gutierre de Toledo, au XIV^e siècle.

Santa María del Naranco donne son nom à la paroisse qui, aujourd’hui, remplit ses fonctions pastorales dans le monastère de la Visitación, qui se trouve à proximité.

À Santa María del Naranco, on célèbre le culte de façon occasionnelle.