La chiesa ha una pianta basilicale a tre navate con transetto non sporgente, ingresso principale a ovest e parte absidale a est. Il suo stato attuale è frutto di un restauro che, progettato a partire dal 1998 dall’architetto Pierpaolo Franzese, ha in parte restituito la volumetria che l’edificio aveva nel Medioevo al tempo della comunità cistercense. La scelta più importante del progetto di restauro è stata riportare l’orientamento della chiesa nella sua direzione originaria, con il coro rivolto a est e l’ingresso a ovest; è stato così riaperto il portale medioevale già restaurato dalla locale Soprintendenza a metà del Novecento, riportando agli originari splendori un particolare di assoluto rilievo architettonico. 

Da un’accurata analisi delle fonti storiche e cartografiche di Tiglieto, precedenti alla progettazione del recente restauro, è emerso che l’edificio liturgico aveva subito radicali trasformazioni nel corso dei secoli. Tra il XI e il XVI secolo crollano le tre cappelle absidali originarie e viene eretto un muro di chiusura a levante. Successivamente avviene l’inversione dell’orientamento della chiesa con l’apertura di un portale a est, la chiusura di quello antico a ovest e la costruzione del campanile. Con l’arrivo della famiglia Raggi vengono costruite nella navata centrale una volta a botte in muratura e in quelle laterali volte a crociera, vengono ribassati gli archi del transetto; in corrispondenza della campata ovest si erige un presbiterio rialzato. Infine, una radicale operazione di restauro, attuata in più riprese tra il 1953 e il 1977, comporta una serie di demolizioni e ricostruzioni con lo scopo di recuperare il teorico aspetto medioevale dell’edificio. 

Le murature esterne conservano ancora ampie zone originali caratterizzate da laterizi con inserti di pietra verde del torrente Orba. Di notevole suggestione il fronte ovest in cui si trova l’accesso principale della chiesa; le aperture caratterizzate da trifore, monofore e oculi sono affiancate con ritmo triadico, secondo l’uso riscontrabile nella maggior parte delle abbazie cistercensi. 

Al suo interno l’edificio è scandito da una doppia fila di cinque robusti pilastri rettangolari e una coppia di semipilastri privi di capitelli e di modanature di base. Gli archi longitudinali ellittici, che attualmente scandiscono la navata centrale, risalgono al Seicento ed erano destinati a sostenere le volte laterali in muratura; al di sopra si conservano tuttora resti di precedenti archi longitudinali a tutto sesto risalenti al periodo medievale. Attualmente il pavimento della chiesa è costituito da lastre di ardesia. 

Nel fronte est della chiesa, all’esterno, la muratura di tamponamento aiuta a ricostruire l’alzato degli archi di accesso alle scomparse absidi: sugli archi si impostavano le volte, presumibilmente a botte archiacuta, delle tre corrispondenti cappelle del coro.