Templo de planta rectangular, de 16 metros de largo por 12 metros de ancho, tres naves finalizadas en una cabecera tripartita recta formada por tres ábsides. La nave central más ancha y alta que las laterales. La articulación de los volúmenes externos, acusa claramente la compartimentación interior, esto es algo característico de la arquitectura de repoblación o mozárabe, pero queda especialmente resaltado en el caso de esta iglesia montañesa. La compartimentación interior de espacios, es una herencia del mundo hispanovisigodo.

La disposición de los distintos tipos de soportes y los abovedamientos condicionan la independización de los tramos, seguramente más a causa de las necesidades constructivas, que de las prácticas litúrgicas del ritual hispánico. Destacan las dos cámaras abiertas a los pies del templo, que recuerdan los edículos colocados en los extremos de los cruceros hispanovisigodos o las cámaras abiertas junto a la entrada del templo. Todo ello manifiesta una gran complejidad constructiva.

La nave central ligeramente más ancha y de mayor elevación que las laterales, excepto en pies y cabeceras, están separadas por pilares de núcleo cuadrado con columnas adosadas. Estos soportan arcos de herradura, típicamente mozárabes, que se apoyan en capiteles de hojas de acanto con doble collarino de tipo asturiano y buena talla. Las columnas, tanto los fustes como los capiteles son homogéneos, monolíticos y de fuste cilíndrico, su manufactura da a entender que fueron construidos ex profeso para esta iglesia.

Su cabecera plana, orientada al este, presenta una triple división, con el cuerpo central ligeramente avanzado respecto a los laterales. La cubierta de los distintos espacios se realiza de forma independiente, mediante bóvedas de cañón, longitudinales en la nave central y ábsides, y transversales en las naves laterales. Al exterior la cubierta es a dos aguas, apoyándose los aleros sobre modillones de lóbulos plenamente mozárabes, con motivo incisos de rosetas, espirales y ruedas solares helicoidales, que muy bien pueden tener sus precedentes en lo tardorromano y visigodo.

Sin lugar a dudas, lo más bello es el espacio interior con su juego de distintas alturas que en el tramo central alcanza singular elevación. En el suelo del presbiterio hay varias losas sepulcrales y en el frontal del altar de la capilla mayor, una losa en piedra con simbología celta.

Esta losa se decora con siete círculos que inscriben diversos motivos radiales de difícil interpretación, quizás de tradición visigoda o más probablemente celta. Esta se encontraba en el suelo boca abajo por lo que los círculos no eran visibles. Al realizarse en 1971 obras en el interior de la iglesia, y al ser levantada la losa quedó a la vista estas interesantes tallas, cuya representación mas destacada es el símbolo solar en movimiento (el círculo central). Se dice que esta piedra con signos célticos del presbiterio, cubría una cripta dolménica que existe aún bajo el mismo y que no ha sido estudiada todavía. Lo más probable es que esta losa cumpliera función de cancel, separando el presbiterio y el tramo reservado al clero, del resto del templo reservado a los fieles.

A los pies del presbiterio encontramos en el suelo cinco lápidas funerarias. Cuatro de ellas contienen inscripciones, una primera dice que allí están enterrados Alonso y su mujer Ana Gómez que falleció en 1587. La segunda lápida cuya inscripción es perfectamente legible dice: "Aquí fue sepultado Alonso Gómez de la Canal y su mujer María Gómez que fallecieron en 1573". De la tercera lápida solo se puede leer un nombre: Julián Gómez y en la última se lee: Doña Geles su mujer y el año 1600.

El material constructivo empleado en la iglesia es la piedra arenisca de la zona. Los muros son de mampostería, con sillares en los esquinales, presentan un grosor que oscila entre los 60 y los 90 cm. En los muros existen estrechas ventanas abocinadas con derrame exterior, que permiten la máxima entrada de luz en un territorio en el que la luz ya es de por sí, escasa.

En la fachada sur o de mediodía se abre un pórtico de construcción muy posterior a la iglesia (siglo XVIII), así se puede leer en el dintel de la puerta una inscripción con un texto y una fecha que dice: "Año de 1794 Ave María hizose esta obra / siendo cura de Lebeña el licenciado D. / Cayetano de Posada con dinero que dio D. / Francisco de Celis y D. Francisco de la Canal / y D. Bernardo las Cuevas ayudaron". La obra se hizo para suplir la antigua puerta del muro oeste (a los pies), muy azotada por los temporales. Es la puerta principal y es totalmente adintelada. En el muro oeste se encontraba la puerta original de entrada que hoy día se encuentra tapiada.

En la fachada norte se halla adosada una capilla, también de construcción posterior, que desempeña funciones de sacristía y que se supone debió construirse a mediados del siglo XVI cuando la iglesia adquirió titularidad parroquial. En origen debió usarse como capilla bautismal, ha sido capilla del Santísimo y sacristía.

El campanario o torre está separada del monumento, es una obra neomozárabe construida hacia 1895/97 y el motivo de encontrarse exento es que al no disponer el templo en ese momento campanario y a petición de la feligresía, se quiso construir uno, pero al haber sido declarado monumento nacional, la ley prohibía construir uno unido al templo, por lo que se decidió construir un campanario exento.

La iglesia originalmente debía tener una sencilla espadaña, pero su sonido no debía transmitirse todo lo lejos que se quisiera, por lo que en 1830 el maestro de cantería, Miguel de la Lama, construyó una no muy alta torre campanario sobre el tejado de la capilla mayor. En la restauración de finales del siglo XIX se comprobó que el peso de la torre sobre la iglesia era excesivo y hacia peligrar la estabilidad, por lo que fue demolido y en su lugar construido el actual exento por el arquitecto de la Real Academia de San Fernando, José Urioste y Velada (* Don Benito, Badajoz 01-07-1850 † Madrid 24-05-1909).

En su interior destaca el retablo mayor de estilo barroco, realizado en 1745 (siglo XVIII) con una talla central del siglo XV de la Virgen de la Buena Leche, policromada en azul y rojo, y a la que se le aprecian influencias flamencas. La talla representa a la Virgen coronada sentada y en posición frontal dando de mamar a su hijo, que lleva en su mano izquierda una paloma. Se trata sin duda de una pieza excepcional. Fue robada en el año 1993 y años después en 2001 recuperada por la Guardia Civil en el chalet de un anticuario de Alicante. Mientras estaba en paradero desconocido, el sacerdote lebaniego Benito Velarde (* Cambarco, Cantabria 1926 † Cambarco 14-07-2019), realizó una réplica de la misma y en la iglesia estuvo expuesta hasta que fue recuperada la imagen original.

En la parte superior del retablo se puede contemplar un Calvario, en el centro, Cristo en la cruz y a ambos lados san Juan y la Virgen. La cúspide del retablo está rematada por la cabeza de un ángel. En la base del retablo se contempla un Sagrario con Cristo resucitado. En las hornacinas laterales imágenes de san Benito de Nursia y san Bernardo de Claraval. En el ático del retablo medallones con los bustos de san Francisco y santo Domingo. En la parte superior del sagrario una inscripción dice: "Esta obra se hizo en 1745 por mando de don Lázaro Sánchez de Posada, siendo cura de este lugar de Lebeña".

Hay otro retablo construido a finales del siglo XVIII en la nave lateral de la epístola y que en su hornacina central tiene una imagen con corona de la Virgen del Rosario. Flanquean la hornacina central imágenes de san Antón y del Niño Jesús.

Aún podemos ver en el interior del templo, dos pequeños retablos renacentistas fechados en 1584, uno dedicado a santa Cecilia y un segundo en honor a san Roque. Hay a la entrada de la iglesia una benditera muy antigua sobre base cuadrada y fuste, de difícil datación cronológica.

Frente a la entrada de la iglesia y al pórtico, encontramos el bien cuidado y precioso cementerio de Lebeña.

En las cercanías Subiendo al pueblo de Lebeña, una bella aldea típica de la comarca lebaniega, con casas populares situadas en la ladera, puede verse, incrustada en la fachada de la vieja escuela una lápida romana que procedía de la desaparecida ermita de San Román que estaba a medio camino entre el pueblo y Santa María de Lebeña. El texto, incompleto permite leer: AELIO ALBINO ANNORUM LXXV TURAENNIA PA ... que se puede traducir como: Aurelio Albino, de 75 años, Turaennia a su padre", inscripción sepulcral con letras capitales del siglo III d. C. Es uno de los pocos ejemplos que acreditan la presencia romana en la Liébana, al igual que sucede, por ejemplo, con la estela de Luriezo, en Cabezón de la Liébana.