L'edificio conserva l'assetto della ristrutturazione avvenuta nel XII secolo e presenta un'unica
abside e tre
navate divise da una doppia serie di sette colonne dotate di capitelli scolpiti con teste di animali e motivi floreali.
La cripta conservata sotto il presbiterio presenta almeno due fasi costruttive, la prima delle quali deve datarsi prima del XII secolo.
Nei secoli XII-XIII venne realizzato il campanile, situato nell'angolo sud occidentale dell'edificio, con tecnica costruttiva simile a quella della pieve, ossia con grandi
conci di arenaria "macigno", materiale assai diffuso nel territorio di Villa Basilica. All'età bassomedievale risale pure la realizzazione di un'apertura di comunicazione tra l'edificio e la nuova canonica.
I più recenti interventi di restauro risalgono al XX secolo: tra i principali segnaliamo quello diretto da Francesco Martini, che vide la sostituzione dei
conci sulla fiancata settentrionale della chiesa, in facciata e nella zona absidale.
La prima menzione dell'esistenza di una chiesa dedicata a Santa Maria nel villaggio di Villa Basilica risale all'età carolingia e soltanto nell'anno 1014 si ha notizia del suo carattere di pieve.