Se trata del conjunto monástico más antiguo que se conserva en la Península Ibérica, construido en torno a una antigua villa romana; como partes destacables encontramos un recinto amurallado, las viviendas que ocuparon los monjes, cinco presas, alguna de ellas de origen romano y la iglesia del mismo nombre.

Desde su construcción, a finales del siglo VII o principios de siglo VIII, la comunidad de monjes conservó el culto cristiano, pese a la conquista musulmana, hasta finales del siglo VIII. Los conflictos producidos en esta época motivaron su reaprovechamiento como fortificación y durante el periodo islámico se construyó una torre sobre el crucero de la iglesia de la que se conservan restos. Con la Reconquista, la iglesia recuperó su función litúrgica a la vez que se mantuvo como fortaleza, favoreciendo la repoblación del lugar. Durante una parte de la Edad Media fue ocupada por la Orden del Temple e integrada en la Encomienda de Montalbán. Con el transcurso de los siglos pierde su población, quedando como ermita rural.

La iglesia es de época altomedieval y estilo prerrománico. Tiene planta de cruz griega, inscrita en un cuadrado de unos 20 m de lado, con linterna sobre el crucero, que se prolongaba con un ábside en la cara este, planta interior de herradura y un pórtico del mismo tamaño que el ábside en la oeste, del que sólo quedan restos. En el extremo de la nave principal posee dos dependencias a los lados del presbiterio, comunicadas con la nave central mediante puertas adinteladas También existe una especie de pequeño claustro formado por imponentes arcos de herradura apoyados en dos muros que se añadieron en el costado norte entre la nave de crucero y la base de la nave principal. Su cubierta está formada por bóvedas de cañón sobrealzado descansando sobre arcos de herradura; el ábside posee una bóveda de horno; los arcos centrales que soportan el crucero se apoyan sobre pilastras semicirculares.

La presa noroccidental de Melque es una obra hidráulica de época visigoda del siglo VIII d.C., construida con mampostería de granito. Se encuentra a escasos 70 m al noroeste de la iglesia. Su planta recta, con una longitud de 60 m, ofrece un ligero ángulo entre los tercios septentrionales en su alzado aguas abajo. Sus dos caras están ataludadas, por lo que la obra presenta un espesor en torno a 5 m en coronación, siendo la anchura máxima en la base superior a los 9 m. Para su construcción se empleó mampostería de granito de dimensiones y formas heterogéneas. Se traba con mortero de cal compactado mayoritariamente en los gruesos de fachada.