La destrucción parcial del edificio parece que tuvo lugar entre los Siglos VIII y X, y su abandono total se produjo a finales del Siglo XI. Las excavaciones arqueológicas, sin embargo, han permitido reconstruir la planta original del edificio y calcular sus medidas.

Las dimensiones originales eran de 10,30 m de ancho por 21,20 m de largo, y el transepto medía 20,90 m de largo. La iglesia presentaba una planta cruciforme o pseudobasilical, con tres naves (la central, más ancha que las laterales); un largo crucero que remataba en dos habitaciones, y un ábside sobresaliente recto.

Los muros conservados muestran una evidente relación con el resto de las típicas construcciones visigodas, como, por ejemplo, San Pedro de la Nave (Zamora, España): sillares de piedra arenisca y caliza bien escuadrados, y presencia de arcos de herradura.

La decoración escultórica es, sin embargo, sobresaliente. Investigaciones realizadas han demostrado que el programa iconográfico de esta iglesia estaría en relación con la miniatura visigoda coetánea, de la que apenas quedan muestras, e incluso, con la toréutica y la orfebrería de época algo más tardía, que se manifiesta en los adornos personales y en las producciones áulicas.

En el exterior, la ornamentación se dispone en una serie de registros superpuestos, donde aparecen representaciones de la luna y el sol, este último como alegoría de Cristo, y también, los cuatro evangelistas.

En el interior, la decoración se concentra en los capiteles, las impostas y el arco triunfal, con decoración vegetal altamente estilizada.

Se han establecido también las distintas influencias o raíces que han determinado el programa iconográfico de Quintanilla de las Viñas. Por un lado, ha de hablarse de las reminiscencias hispanorromanas, referentes a la representación de ruedas solares; pero también es importante la influencia oriental, encauzada a través de Bizancio, y más concretamente Rávena, que anula prácticamente la presencia de motivos de raíz germana.