EL TEMPLO, BIEN CONSERVADO y recientemente restaurado, se emplaza en acusada ladera, al pie de la Peña Castilviejo. Se trata de una construcción unitaria erigida en sillería de piedra toba, de nave única con cabecera compuesta de presbiterio y ábside semicircular, y airosa espadaña sobre el arco triunfal, que sólo ha sufrido los añadidos de la sacristía y el baptisterio, ambos emplazados en el muro del evangelio. El cuerpo de la nave se divide en tres tramos delimitados por responsiones prismáticos sobre los que voltean los fajones que ciñen la bóveda de cañón que cubre el espacio. Al exterior, estas pilastras se corresponden con estribos prismáticos rematados en talud que no alcanzan la cornisa. Corona los muros de la nave una cornisa de perfil achaflanado sustentada por una variada serie de canecillos de ruda factura, cuyo aspecto viene también condicionado por la porosa toba en la que se labran. Distinguimos en ellos, junto a los de simple nacela, prótomos de bóvidos, cápridos y cánidos, barrilillos, un ave, bustos humanos, varios con caperuza o bonete cónico y uno de ellos cornudo y con la boca abierta, de aire maléfico. La portada se abre en el espesor del muro meridional del tramo central de la nave, flanqueada por dos contrafuertes. Se compone de arco de medio punto abocelado y una arquivolta de mediacaña entre boceles, rodeándose por tornapolvos moldurado con nacela y mediacaña. Apean los arcos en jambas acodilladas de aristas baquetonadas y coronadas por imposta de chaflán y mediacaña. Recibe luz la nave a través de dos aspilleras abocinadas al interior abiertas en los tramos extremos de este mismo muro meridional, además de otras dos practicadas en el hastial occidental, éste rematado a piñón y reforzado por contrafuertes del tipo visto. El desarrollado presbiterio se cubre con bóveda de cañón y se articula con la nave a través de un arco triunfal de medio punto y doblado que reposa en potentes machones con semicolumnas adosadas en sus frentes, que parten del banco corrido sobre el que se asienta la cabecera. Rematan las columnas simples capiteles lisos de pronunciado collarino, bajo cimacio que continúa la línea de imposta sobre la que parte la bóveda. Sobre este arco -como en Soto de Bureba, Los Barrios de Bureba o San Pantaleón de Losa- voltea la espadaña, compuesta de dos troneras apuntadas y escalonado remate a piñón con campanil, éste devuelto a su aspecto original en la última restauración, que eliminó también la caja de adobe y entramado que se disponía sobre el presbiterio. La escalera de acceso al campanario, dispuesta en acodo desde el muro meridional del presbiterio, condenó el doble vano que proporcionaba luz al tramo recto. Articulado mediante un codillo se dispone el ábside semicircular, elevado respecto al presbiterio, cubierto con bóveda de horno sobre imposta lisa y coronado por cornisa achaflanada sobre canes de nacela. Exteriormente aparece dividido su paramento en tres paños mediante pilastras que a media altura se transforman en semicolumnas cuyos capiteles alcanzan la cornisa, solución vista en otros templos como Tabliega, Valdernedo, Quintanarruz, San Pedro de Tejada, Villacomparada de Rueda o Padilla de Abajo. En cada paño se abre un arco apuntado de arista abocelada, decorativos y ciegos los laterales y albergando una ventana rasgada abocinada al interior en el eje. Los capiteles de las semicolumnas aparecen sumamente erosionados, pudiéndose únicamente discernir parejas de toscas figuras humanas en los ángulos de las cestas. Pese a su evidente rusticidad, el templo de Río-Quintanilla participa del tipo de edificio rural más extendido en el área burebana, pudiendo datarse en el último tercio del siglo XII.