La ermita, en su configuración actual, no corresponde al edificio original que se construyó en esta ubicación en el siglo XIV. Se trata de una fábrica posterior, probablemente del primer tercio del siglo XVI y ampliada en el XVII.

En concreto, la parte que corresponde al siglo XVI es la cabecera de planta rectangular y cubierta con una magnífica techumbre de tradición mudéjar. Su fábrica es de mampostería rejuntada con sillares de refuerzo tanto en los ángulos como en la parte superior del muro bajo la cornisa cóncava decorada con bolas que sirve de apoyo a la cubierta de teja cerámica.

La parte correspondiente a la nave que, como informa una inscripción existente sobre la portada, parece ser fruto de una reforma ejecutada en 1660 (HIZOSE ESTA OBRA AÑO DE 1660 SIENDO CURA HDO FDEZ), tiene igualmente fábrica de mampostería muy similar a la de la cabecera, de nuevo reforzada por sillares, aunque en este caso la cornisa es convexa y sin decoración. El hastial de los pies se corona con una espadaña de un solo ojo y remate triangular.

La portada de acceso, situada en el frente meridional, es el elemento más destacado del exterior y consta de un acceso en arco de medio punto flanqueado por dos pilastras con capiteles formados por dos volutas que sostienen un sencillo frontón triangular del que parten dos pináculos. El frontón se parte en su vértice superior para acoger una hornacina vacía rematada por la inscripción citada.

Interiormente el espacio es diáfano. Está formado por una nave única con un pequeño coro de obra ligeramente elevado a los pies y un banco corrido.

El espacio de la nave se cubre con una armadura de parhilera atirantada bastante sencilla, mientras que la cabecera lo hace con una magnífica armadura de limas moamares. Esta tiene planta octogonal más larga que ancha, a la que se pasa a partir del rectángulo de la planta a través de unos cuadrales en triángulo rectángulo. Se asienta sobre un arrocabe decorado con finas molduras talladas en ligero relieve con motivos renacentistas de perlados, denticulados y sogueados. Los faldones y almizate muestran por el contrario labores de lazo apeinazadas y agramiladas. Las calles entre los pares y el arrocabe se cierran mediante tabicas verticales y finas cintas horizontales sobre las que se asienta la tablazón trabajada también con relieves formando hexágonos lobulados y estrellas. Se configura de este modo una armadura en dos planos que deja vista la estructura de la techumbre y que pasa a ser un elemento tanto constructivo como ornamental, creándose un contrastado juego claroscurista que define perfectamente su diseño geométrico, dotándolo a la vez de una apariencia ligera.

En Aragón la utilización de este tipo de techumbres es bastante excepcional. Solo se conservan dos ejemplos de armaduras de limas moamares, cuyo origen se remonta al arte almohade del norte de África (siglo XII), de donde pasaron al arte andalusí de la península ibérica (siglos XIII y XIV) y más tarde fueron asimiladas por el arte mudéjar, especialmente en los ámbitos sevillano y castellano (ss.XIV-XVI). Estas dos techumbres son la del presbiterio de la capilla funeraria de San Miguel de la Seo de Zaragoza y la del presbiterio de la capilla del castillo de Mesones de Isuela (Zaragoza), ambas realizadas bajo el mecenazgo del arzobispo Lope Fernández de Luna por los maestros sevillanos Garcí y Lop Sánchez entre 1378 y 1379.

Sin embargo, la armadura de Pozuel de Ariza poco tiene que ver con estos dos ejemplos. Está mucho más relacionada con otras techumbres castellanas, como las de la iglesia de San Cristóbal de Fuentelsaz de Soria (Soria), la iglesia de la Asunción de Moratilla de los Meleros (Guadalajara), el pórtico de la iglesia de la Asunción de Villel de Mesa (Guadalajara), la iglesia de la Asunción de Matute de Almazán (Soria) o la iglesia de San Andrés de Frechilla de Almazán (Soria), todas ellas realizadas entre finales del siglo XV y el segundo tercio del XVI y algunas parcialmente policromadas.