A orientación da igrexa segue o esquema tradicional dos templos romanos con cabeceira cara o leste e pórtico cara o oeste. A torre campanario situouse, atipicamente, coincidindo co altar maior. Está presidida por unha escaleira pétrea con acceso exterior, e con tres relevos góticos no seu balaustre, datados na segunda metade do S.XV. 

A planta de Santa María da Atalaia é de salón, e a capela maior está cuberta por unha bóveda de cruzaría. O estilo arquitectónico do templo é o denominado gótico mariñeiro e nel conflúen tanto elementos do gótico como do románico. No muro norte ábrese unha porta alintelada por un relevo da resurrección, probablemente de primeiros do século XVI. 

O interior é a parte mais destacada do templo pois no altar maior podemos observar unha imaxe medieval da Virxe da Atalaia, un friso medieval en pedra que contempla cinco escenas da Resurrección de Cristo, e un Cristo Pantocrator do S.XIV. Ademais tamén podemos contemplar varios altares con imaxes relixiosas dos séculos XVII e XVIII. No altar maior, e co símbolo dunha coroa, están as tumbas dos primeiros Moscosos. 

Na fachada principal, de clásico esquema pentagonal coroado por unha cruz, ábrese a porta de acceso, rematada nun arco apuntado baquetonado, sobre o cal se sitúa un rosetón.