L'indret on s'alça el temple ja va ser ocupat ja en època a l'anterior a la colonització romana. Malgrat això, no tenim notícies del lloc d'Olmells ni de l'església fins al segle XI, quan apareix en un document testamentari, tot i que el temple va ser construït entre els segles IX i X.

És un petit temple, que malgrat les tímides intervencions de consolidació realitzades a finals del segle XX, presenta un estat força deplorable amb vegetació envaint els seus murs.

Està formada per una sola nau capçada a l'est per un absis trapezoïdal cobert amb una volta de canó lleugerament ultrapassada. La nau presenta una coberta de fusta a dos vessants moderna, doncs la volta barroca que tenia el temple es va esfondrar. Es desconeix si originàriament es va construir una volta de pedra reforçada per un arc toral o bé tenia una coberta de fusta com l'actual. L'absis i la nau es comuniquen mitjançant un arc triomfal de mig punt adovellat i de dimensions reduïdes.

En la part central de l'absis s'obre una finestra d'una sola esqueixada i d'arc de mig punt fet en un sòl bloc de pedra tova. És l'única finestra preromànica que no ha patit alteracions amb el pas dels segles.

Al mur sud de l'absis s'obria una altra finestra, probablement de la mateixa forma, però actualment molt malmesa i desfigurada.

Els seus muntants, fets també amb pedra tova, es troben en l'actualitat en una nova finestra oberta en el lloc on originàriament hi havia la porta d'accés al temple i de la que encara podem resseguir el seu arc.

La porta actual es troba en el mur oest i és de factura moderna, com el campanar de cadireta d'un ull que corona el frontís.

Si mirem amb detall els murs laterals del temple podem veure dos aparells constructius diferents, el que posa de manifest que foren sobrealçats, probablement per construir la volta de llunetes que es va esfondrar. Mentre que a la part baixa dels murs trobem petits blocs de pedra calcària lligats amb abundant morter i disposats de manera més o menys regular, en la part superior trobem pedra sense treballar i maons lligats amb morter.

L'absis va necessitar un contrafort en forma de talús en l'angle sud-est per evitar el seu esfondrament.