Edificio de una sola nave, cubierta con bóveda de cañón, de perfil semicircular ligeramente apuntado. Posee ábside semicircular precediido por un estrecho arco presbiterial.

La puerta es en arco de medio punto, de gruesas dovelas y jambas monolíticas, y se abre en el extremo de la fachada sur.

El edificio tiene tres ventanas, todas abocinadas con derrame sencillo, una en la fachada oeste, y las otras dos en el hemiciclo absidial, una de ellas centrada y otra desplazada hacia la parte sur del ábside.

Las fachadas son totalmente lisas y exentas de ornamentación. Solo un pequeño campanario en espadaña de un solo ojo sobre la fachada oeste destaca en la volumetría del edificio.

El aparejo es de sillar bien tallado, sin pulir, dispuesto en hiladas uniformes e irregulares, entre las cuales se aprecian piezas de gran tamaño. El aspecto regular de los paramentos afecta también a la bóveda, construida con dovelas perfectamente talladas y colocadas.

El aparejo de los muros es el único elemento que diferencia esta ermita de la cercana ermita de San Gregorio de Fantova, con la cual mantiene una similitud extraordinaria. Esto permite suponer que se trata de obras de los mismos constructores, activos en la zona a principios del siglo XII. Con todo, la iglesia de la Tobeña sería probablemente una obra de mayor calidad y de cronología posterior a la de San Gregorio de Fantova.