Para llegar al pueblo de Arroyuelos habrá que retroceder por la BU-V6116 y desviarse en la carretera de Arroyuelos, antes de llegar a la bifurcación con San Martín de Elines. La ubicación de esta pequeña localidad viene dada en gran medida por la gran montaña de roca arenisca, que determino también, en gran parte, la ubicación de la ermita.
Su cronología, más acotada que en otros eremitorios vecinos, se puede establecer en torno al siglo X debido a las características que presenta en relación con la arquitectura mozárabe, como es el uso del arco de herradura en planta y alzado, así como la posible existencia de un contra-ábside, entre otros.
Inspirada en la ermita próxima de San Miguel en Presillas y declarada Bien de Interés Cultural en 2004 por su forma caprichosa, esta consta de una sola nave que está formada por dos plantas, enfatizando así la verticalidad y revelando que tuvo algún tipo de actividad monástica.
La inferior concluye en un gran ábside orientado al este, con forma de arco de herradura en planta y alzado, cubierto mediante una gran bóveda de horno. Mientras, al lado opuesto se insinúa un contra-ábside también con forma de arco de herradura. En el cuerpo, que es producto de dos ampliaciones, se proyectan dos arcos de medio punto sostenidos por un gran pilar prismático central en el que confluyen los nervios papiriformes de la cubierta, lo que ha hecho que se haya relacionado con la iglesia soriana de San Baudelio de Berlanga. Asimismo, se intuye la unión de este con un muro opuesto, sobre los cuales debieron situarse los cortinajes a modo de iconostasios siguiendo el rito mozárabe.
Por otro lado, la planta superior se alza a modo de tribuna sobre la planta principal con la que se comunica por medio de dos arcadas y se abre al exterior mediante un vano ubicado sobre la puerta inferior, hoy cegado con un muro de mampostería. Esta planta pudo prolongarse a lo largo de la nave, dada la existencia de los mechinales y entalladuras que presenta la roca, que invitan a pensar en un segundo piso de madera. A esta se accede a través de una escalinata situada en la parte de los pies escavada en la pared meridional.
La necrópolis en este caso, se ubica junto a la entrada meridional templo y se ha datado de la misma época que el templo, en el siglo X. Actualmente, algunas de ellas son usadas como abrevadero para animales, dada su forma excavada en la roca. Igualmente, por las oquedades de la roca, en ella pudieron insertarse vigas de madera formando un pórtico de entrada.