El edificio consta de la iglesia, la casa del ermitaño y una hospedería. La ermita, de grandes proporciones, está construida en mampostería con esquinas de ladrillo. Al carecer de torre el elemento vertical más destacado es el cimborrio octogonal dispuesto sobre el crucero.

 

La planta del templo se inscribe en un rectángulo sobre el que se eleva el volumen de la cruz latina principal formada por una nave de tres tramos, los cuales, junto con el presbiterio y dos brazos del crucero, aparecen rematados con bóvedas de medio cañón con lunetos. 

El tramo central se cubre con un cúpula de ocho paños con lunetos, cuatro de ellos con vanos de iluminación, que apoya sobre pechinas. Los dos tramos de la nave más cercanos al crucero se corresponden con naves laterales de dos tramos con bóveda de arista.

El último tramo de la nave central corresponde al coro que se apoya sobre un arco carpanel, mientras que los espacios correspondientes a las naves laterales son cuartos de exvotos, cubierto uno de ellos con bóveda vaída.

 

Las sacristías que flanquean la cabecera se cubren con bóveda de lunetos y cúpula muy plana sobre pechinas respectivamente. Todo este conjunto se pintó en 1863 por Santiago González Pascual. La pintura adorna los intradoses de los arcos y fustes de las pilastras, con motivos de candelieri neoclasicista. En las claves de la bóveda, flancos del presbiterio y pies se cuenta la história de San Mamés.

 

El retablo mayor tiene la mazonería dorada con ornamentación de rocalla y esculturas policromadas. Consta de banco, cuerpo de tres calles con columnas corintias y compuestas y un ático de una sola casa, frontones curvos partidos, con trazado de planta convexo. El retablo es de la segunda mitad del siglo XVIII. En una hornacina de la calle central está la figura de San Mamés, obra del siglo XVII, y sobre ella, un relieve con la aparición del santo a D. Cristóbal Aguarón. A los lados se encuentran  las figuras de un papa y un obispo que podrían ser San Gregorio Magno y San Gregorio Nacianceno. En el banco puede verse el nacimiento de San Mamés, una urna con el altorrelieve del santo muerto y el santo apareciéndose a tres jóvenes doncellas. En el ático está Santo Tomás de Aquino en el centro, con Santa Águeda y Santa Apolonia en los laterales. 

 

En el lado del Evangelio se localiza el retablo de la Virgen del Rosario, el retablo de la Virgen de la Asunción, el retablo de Santa Teresa y el retablo de San Roque.

 

En el lado de la Epístola se localiza el retablo de Santo Tomás de Aquino y el retablo de San Antonio de Padua.