L'abbazia è costruita su uno sperone roccioso che domina la valle, nel cuore del Montefeltro. La struttura interamente in pietra concia ha una pianta a croce latina, con un'unica navata. Solo nel XVII secolo sono state costruite due cappelle laterali e una cantoria in legno per ospitare l'organo. L'abside fondata sulla roccia fa pensare a maestranze comacine. Edificata a metà dell'XI secolo, è uno dei più importanti monumenti romanici in Romagna.

Donata nel 1089 all'ordine benedettino dai capofamiglia del luogo, l'abbazia fu restaurata nel 1334 su ordine dell'abate Bartolo per assumere la funzione di protezione militare, viste le aspre lotte tra guelfi e ghibellini che attraversavano il Montefeltro. A testimonianza di ciò vi è un'epigrafe incisa sul muro interno, nella navata. Nel XV secolo viene data in giuspatronato ai Conti Silighini e in commenda ai Guidi di Bagno di Montebello, per poi passare all'altro ramo della famiglia, i conti Poppi, che la ressero fino a circa il 1800.

All'interno si trovano dei residui di affreschi del XIV-XV secolo raffiguranti svariati santi, alcuni dei quali citati anche nell'epigrafe datata 1120 su un antico cippo d'altare, collocato nel transetto. L'altare maggiore presenta parti in legno dipinto e dorato e altre in scagliola dipinta principalmente in bianco e nero, con motivi vegetali e antropomorfi.

Scarsamente visibili, nel transetto alla base del campanile vi sono bassorilievi che ricordano il tema dell'arbor vitae. La torre campanaria è collocata a lato della chiesa, dalla parte dello strapiombo, ed è dotata di due ordini di monofore a tutto sesto, il più alto dei quali è di dimensioni maggiori, e appartiene alla cella campanaria. La campana risale al XVII secolo.

Il presbiterio mantiene una copertura a volta con abside, la restante parte della navata è ora a capriate, nonostante si vedano gli attacchi di arcature che fanno presumere la precedente totale copertura a botte. All'interno si trovano due confessionali in legno dell'Ottocento e tre quadri, di cui uno raffigurante la vita di San Leonardo e dipinto nel 1861, è di un pittore di Gatteo (FC).