Es reseñable la belleza de su arquitectura: la planta basilical se organiza en tres naves separadas por arquerías de medio punto apoyadas en pilares de sección cuadrada con capiteles de imposta, y cubierta de madera. Destaca el transepto, por sus dimensiones y altura, iluminado por el gran vano de la pared meridional y desde el que se accede a dos espacios anexos o sacristías en las fachadas sur y norte.

En la cabecera se disponen tres capillas con cubierta abovedada en las que se abren vanos con celosías y se conservan edículos o tabernáculos adosados al muro testero. La capilla central presenta arquerías ciegas y sobre ella se sitúa la estancia con acceso únicamente desde el exterior a través de un vano con tres arcos semicirculares soportados por columnas con capiteles, característica de la arquitectura prerrománica asturiana y de función imprecisa.

El programa decorativo tanto escultórico como pictórico es excepcional y se ha subrayado, además, su relevancia en la celebración de las ceremonias antes de la salida del rey a la batalla y después de su regreso.

La decoración escultórica se concentra en el espacio más sagrado, en las arquerías ciegas de la Capilla Mayor, con numerosas piezas reutilizadas: capiteles, basas, fustes y pilastras, de tradición romana y visigoda, de excepcional traza y calidad.

Las pinturas al fresco, de clara raigambre clásica, muestran un maravilloso repertorio de motivos vegetales, geométricos y arquitectónicos, así como la imagen de la Vera Cruz, repetidamente representada a lo largo de los muros.

Un complejo programa simbólico que remite a la Jerusalén Celeste, inspirada en la visión del Apocalipsis de San Juan: “(…) su muro era de jaspe, y la ciudad de oro puro, semejante al vidrio puro; las hiladas del muro de la ciudad eran de todo género de piedras preciosas: la primera de jaspe; la segunda de zafiro; la tercera de calcedonia (…)” (Ap. 21, 18-19).

El estado actual del edificio es el resultado de los trabajos realizados por el investigador y filántropo Fortunato Selgas y el arquitecto Vicente Lampérez en los años 1912-1915. Su intervención recuperó la configuración arquitectónica original del edificio al suprimir los añadidos barrocos y eliminar los revocos interiores, lo que propició el descubrimiento del repertorio pictórico de la iglesia altomedieval, uno de los más relevantes de la alta Edad Media conservados en Europa.

San Julián de los Prados continúa siendo parroquia en la actualidad.