Los restos del ábside se encuentran integrados en un templo barroco, producto de la reforma y ampliación sufrida en el siglo XVIII por la iglesia románica de la que formaba parte la cabecera medieval que todavía pervive.   Esta iglesia románica original, cuya planimetría y características conocemos gracias a las excavaciones arqueológicas llevadas a cabo en 2008, tenía unas dimensiones mucho menores que las del templo actual. Era un edificio de una sola nave, cubierta con bóveda de cañón y dividida en cuatro tramos, con cabecera semicircular orientada al este. Estaba realizada íntegramente con sillares de alabastro, en muchos de los cuales han aparecido marcas de cantero que la relacionan directamente con la primitiva iglesia románica de Nuestra Señora de la Esperanza de Novillas.   La iglesia medieval de Mallén fue casi totalmente desmontada cuando se construyó en el templo actual en la década de 1760. En esta nueva iglesia fueron reutilizados numerosos sillares de alabastro de la obra medieval, especialmente en la fachada de poniente, donde se encuentra la actual portada, que está casi íntegramente realizada con este material. Asimismo, se conserva, inserto en la fábrica barroca, el crismón de la iglesia medieval, que presenta el monograma de Cristo acompañado de las letras alfa y omega y flanqueado por un sol y una luna.   El ábside, que se conserva de forma parcial, tiene planta semicircular, con semicolumnas adosadas que se elevan a partir de basas lisas. La construcción parte de un zócalo de sillares bien trabajados que termina en un rebaje biselado. A media altura, marcando la línea de arranque de las ventanas, se  dispuso una moldura de triple baquetón, relacionable con otras construcciones aragonesas y navarras de la segunda mitad del siglo XII.   En el eje central del ábside se abre una ventana abocinada en arco de medio punto, moldurado  y coronado por una sucesión de arcos en escocia. El arco apea en sendas columnas cuyos capiteles están decorados con motivos vegetales y entrelazos.   Durante las excavaciones arqueológicas llevadas a cabo en 2008 se localizó entre el trasaltar y la capilla del Santo Cristo una zona de enterramientos. Se trata de un cementerio, datado a partir del siglo XII, que originalmente debía situarse en el exterior de la iglesia románica, junto a su ábside.