La iglesia de San Nicolás está construida en piedra sillar de arenisca, en la actualidad muy deteriorada debido al proceso de erosión sufrido a lo largo del tiempo, de nave única con planta rectangular de 21 x 12’50 m y cuyo único ábside, poligonal al exterior, configura un sólido y elevado cuerpo defensivo que cerraba el castillo por el este y se integraba en la muralla como una torre más.

La cabecera es al interior semicircular y se encuentra cubierta con bóveda de cuarto de esfera, abriéndose en el centro del ábside una gran trampilla por donde se desciende hasta una mina subterránea excavada en la roca natural, de gran longitud y con tres salidas externas.

La nave de la capilla se cubre con bóveda de cañón apuntado y se encuentra iluminada por las tres ventanas semicirculares del ábside y por las tres ventanas abiertas en la entrada, así como por otra abierta en el muro sur. La puerta principal, situada en la fachada de los pies, al oeste, se abre en arco de medio punto con las dovelas muy rasgadas que imitan escultóricamente una portada abocinada, mediante la colocación de finas molduras a modo de arquivoltas semicirculares, y con una decoración de arquitos en bajorrelieve de aspecto cisterciense que escasamente se conservan. Ninguna de estas arquivoltas se apeó en columnas. En la clave de la moldura que presenta la decoración en bajorrelieve se dispuso un crismón de traza simple con el monograma de Cristo y con las letras alfa y omega a cada lado.

En la fachada se abrieron varios vanos de iluminación: dos pequeñas ventanas en arco de medio punto sobre la portada de acceso y otra de mayor tamaño en el centro de la fachada, también de medio punto. Es seguro que esta última presentaba sendas columnitas apeadas en capiteles. Sobre ella se abre otro pequeño vano también en arco de medio punto.

En la portada de acceso, al interior, se colocaron dos ménsulas en piedra trabajada decoradas con modillones de rollo y con dos figuras zoomorfas esculpidas en su centro, una de las cuales parece estar representando a un cáprido y la otra a un cánido, quizá un lobo.

En el muro sur de la capilla se abrieron dos ventanas de iluminación cuyo estado de conservación es muy deficiente, por lo que su descripción resulta problemática. Se han considerado tradicionalmente como piezas reutilizadas procedentes de un edificio prerrománico, aunque estudios recientes (Arilla, 2005) la consideran contemporánea a la fábrica de la iglesia, si bien admitiendo  que su decoración resulta atípica y exótica en el contexto del arte románico aragonés. La ventana más occidental, tabicada con ladrillo, presenta arco de medio punto con dovelas al exterior muy rasgadas, en las que se concentra una decoración geométrica en bajorrelieve. Dicha ornamentación externa, trazada a compás y enmarcada en cada una de las dovelas por un listel perimetral, configura elementos, simétricos en cada una de las piezas, que recuerdan motivos solares, tales como rosas hexapétalas, o cruces patadas. En el intradós del arco se perciben restos que parecen indicar que éste, como su gemelo oriental, fueron polilobulados o bien festoneados. Por último, es seguro que esta ventana occidental presentaba sendas columnitas apeadas en capiteles, idénticas a las de la ventana oriental, ya que persiste el espacio dejado por las mismas en las jambas del arco.

Por su parte, la ventana oriental presenta al exterior un estado de conservación muy precario, dado que apenas mantiene elementos de su fábrica original. Como la anterior pudo tener dovelas decoradas con relieves, de los que nada queda en la actualidad. Tan sólo podemos observar hoy día restos de las columnas adosadas de las jambas, de las que destaca un capitel con decoración vegetal en el lado Este y algunos vestigios de los fustes esculpidos en los sillares. También en este caso subsisten en el intradós marcas en las dovelas que indican que éste estuvo decorado, bien con festones o bien con lóbulos.