Iglesia de planta de cruz latina, una sola nave de tres tramos desiguales, nave de transepto de tres tramos y crucero, formándose la cabecera por un ábside semicircular al interior y poligonal al exterior. La cabecera se levanta sobre una cripta con el fin de salvaguardar la irregularidad del terreno sobre el que se asienta. Es de remarcar la calidad de la construcción, apreciable en la solidez arquitectónica y el buen tallado de la sillería, y en la ausencia de escultura alguna, caso único entre las obras mas notables de la zona.

De los tres tramos del crucero, el tramo central se cubría con bóveda de arista, mientras que los laterales lo hacían con bóveda de cañón. En la última restauración efectuada en 1990 la bóveda de arista del crucero fue transformada en bóveda de cañón y además se construyó el actual cimborrio.

Tanto la nave principal como el transepto van cubiertos interiormente con bóvedas de cañón, estando apoyada en el caso de la nave por tres dobles arcos fajones sobre pilastras igualmente dobladas. El cierre del ábside es de bóveda de cuarto de esfera. En todos los casos, las bóvedas principian desde una imposta, habiendo otra imposta a la altura de la base de los ventanales en ábside y transepto.

En varios lugares del transepto hay unas especies de hornacinas con su correspondiente abovedado de cuarto de esfera, que han dado lugar a altares secundarios. Al pie de la nave hallamos la portada principal.

Tanto en los vanos abiertos al exterior como en los ciegos, se rebaja el grosor del muro por medio de arcos en degradación, para hacer factibles las aberturas en un muro de tamaño calibre.

Destaca la iglesia por sus dimensiones (36,5 metros X 29 metros), por los sillares rojizos muy regulares y por su sobriedad.

En el interior de la iglesia, una tribuna abierta al exterior de la nave demuestra su origen carolingio. Se accede a ella mediante una escalera situada en el lado occidental. La tribuna es de planta rectangular y se cubre con bóveda de crucería.

En la impresionante austeridad arquitectónica de Siresa sólo se advierten dos elementos decorativos: el cordón achaflanado y los arcos ciegos. El cordón recorre horizontalmente, a manera de cornisa, el interior de los muros de la nave y del crucero. En el ábside el cordón se halla en la base de las cinco ventanas, tanto las ciegas como las practicables. Cuenta la leyenda que en uno de los huecos abiertos en el ábside se encontró escondido el Santo Grial que hoy se puede contemplar en Valencia.

Destaca sobre el transepto la estructura que cobijaba el cimborrio original, que fue transformado en bóveda de arista.

Se refuerza el ábside en su exterior por medio de cuatro contrafuertes de forma rectangular que llegando a la altura de la base de los ventanales se transforman en triangulares, terminando bajo el alero del tejado, y entre ellos se abren cinco ventanales de doble arco de medio punto sobre imposta, de los que los de los extremos y el central se abren al interior de forma abocinada mientras que los dos intermedios son ciegos.

El ábside alargado y poligonal está rodeado por pilastras que delimitan sus lados, y que a la altura del arranque de los vanos, se transforman en agudas proas. Esta forma angulada de los contrafuertes absidiales es única en el románico aragonés.

Los brazos del crucero se refuerzan en los hastiales con tres contrafuertes, cerrándose los de los extremos hasta concluir en un vértice central, dando marco a tres ventanales dispuestos en forma triangular y similares a los del ábside y de los que solo el superior presta iluminación al interior, al ser ciegos los inferiores. En los laterales de los brazos del transepto hay dos ventanales por lado con un contrafuerte entre ellos, siendo abiertos los orientados al Este y ciegos los que miran al Oeste.

En el centro de los brazos del crucero un pequeño contrafuerte, marca la situación de los absidiolos. En el lado sur, una capilla construida delante, lo oculta en parte.

Podemos dividir el lateral meridional de la nave en dos niveles, habiendo en el superior tres grandes ventanales del mismo estilo que los descritos anteriormente y un campanario con dos vanos al lado del pie de la nave, mientras en el inferior se abren cuatro grandes arcos, estando dentro de uno de ellos la portada lateral y siendo cegados los restantes. En el hastial occidental se encuentra la portada principal en el interior del cuerpo saliente del nartex y muy cerca del alero dos ventanales gemelos, habiendo más abajo un pequeño ventanal que ilumina la ya mencionada galería existente sobre el nartex en el interior.

La portada principal, pronunciadamente abocinada, se constituye a partir de un triple arco de medio punto sobre una imposta que se cierra por el exterior formando un semicírculo y presentando un crismón trinitario labrado sobre su tímpano de posterior factura a la edificación. La portada existente en el lateral de la nave se inscribe dentro de un triple arco de medio punto sobre imposta, pero no comparte el mismo centro del semicírculo, al estar a menor altura, y tiene una decoración a base de alternancia de sillares y dovelas de distintos tamaños en todo su perímetro, tanto en el arco como en las jambas que lo apoyan.

En el brazo norte del crucero se encuentra el original arco en forma de mitra, distinto de los arcos románicos al uso en la región. Un contrafuerte centrado, señala el absidiolo al interior.

La liturgia procesional carolingia precisaba de iglesias de tres naves; y es dado suponer que hubo a ambos lados de la actual nave, otras dos, comunicadas por los grandes arcos ciegos hoy; pero en realidad cegados, de ambos paramentos norte y sur. El crismón trinitario, se adecuó a la portada en la reforma del siglo XII.

A finales del siglo XIII, la iglesia se restaura, la diferencia entre la fábrica primitiva y la obra de restauración está perfectamente señalada; en la primera, se empleó piedra caliza en hiladas bien dispuestas, mientras que en la segunda es de mampostería y tosca.