L'église romane d'Orcival a probablement été construite en une seule campagne principale, tant l'homogénéité de l'ensemble est remarquable. Elle affiche des dimensions qui font d'elle l'un des édifices les plus ambitieux de la Limagne : sa faible longueur dans l'œuvre (41,35 m, contre 65,10 à Issoire et 37,65 m à Saint-Nectaire par exemple) ne l'empêche pas d'atteindre 17,40 m de hauteur pour la nef (Issoire 18,80 m ; Saint-Nectaire 14,98 m), 8,94 m pour les bas-côtés (Issoire 9,55 m; Saint-Nectaire 7,52 m). Elle adopte le traditionnel plan orienté en croix latine, avec quatre absidioles formant des chapelles rayonnantes. Vu de l'Est, le chevet s'élève gracieusement vers un clocher sans doute légèrement postérieur à la construction de l'ensemble. Il a été abîmé au cours de la Révolution, ce qui lui confère un aspect quelque peu tronqué. Les bras du transepts ont également été dotés de très légères absidioles. Sur le flanc sud, à bonne hauteur de la porte percée dans le pignon du transept, sont accrochés à la muraille des fers et boulets. L'église d'Orcival a pour cette raison parfois reçu l'appellation de Notre-Dame-des-Fers. Il s'agit d'ex-voto accrochés par d'anciens prisonniers libérés. La porte Saint-Jean, percée dans le mur sud de la nef, a conservé de très belles pentures romanes en fer forgé. A l'occident, le mur pignon est partiellement enterré et sa maçonnerie a considérablement été renforcée. L'église a en effet été bâtie contre le flanc de la montagne qui la domine. Cette dernière a même partiellement été creusée pour permettre d'aménager la nef.

On pénètre à l'intérieur par l'une des trois portes latérales. La nef à quatre travées est voûtée en berceau et précédée d'un narthex puissant portant tribune sur des piliers courts. Elle possède deux bas-côtés en voûtes d'arêtes, percés de fenêtres. Les bas-côtés sont surmontés de tribunes. Les colonnes portent des chapiteaux essentiellement décorés de motifs végétaux. Un seul est historié et montre le " fol dives " (le riche fou), symbolisant l'avarice, et agrippant sa bourse soigneusement lacée autour de son cou. Deux démons l'entourent et se tiennent prêts à l'emporter en enfer. Le chœur a été surélevé et on y accède par un escalier de quelques marches. Il est cerné d'un déambulatoire avec des arcades d'une hauteur assez saisissante. Là encore, très peu de chapiteaux sont historiés, l'essentiel de la décoration étant fournie par des motifs végétaux. On remarque toutefois un très beau chapiteau avec des guerriers portant écu, casque à nasal et lance, des démons dont l'un chevauche un bouc. On accède par deux escaliers pentus à une crypte épousant le même plan que le chœur.