U opatijskom kompleksu nalaze se dvije paralelne jednobrodne crkve, priljubljene jedna uz drugu.
Manja građevina je starija, izvana završava osobitom poligonalnom apsidom pokrivenom pravilnim kamenim škriljama, dok je ta ista apsida iznutra polukružna. Lađa joj je presvođena teškim svodom koji podržavaju nevješto izvedeni lukovi, dok je vanjski zid poduprt kontraforima. Mali prostor polukružne apside bio je nekoć osvijetljen razmjerno velikim polukružnim prozorom (svjetlik) koji je sada zazidan. I ova je crkva izvorno bila oslikana freskama, no njihovi su tragovi 1956. godine bili neznatno očuvani, dok se danas više ne razabiru. Deanović te je godine zapisala kako je unutrašnjost crkve opustošena te da su se tada nazirali tek ostaci natpisa u kvadratnoj kapitali s ovalnim, malo šiljatim „O“, a pokraj toga nalazile su se izblijedjele konture nogu nekog muškog lika i bogato ukrašeni skuti njegova svečanog plašta. Na temelju oblika apside i vidljivih ostataka zazidanog prozora koji je imao funkciju svjetlika A. Deanović je zaključila da je riječ o prvokršćanskoj građevini bizantskoga sloga i tipičnih bizantskih oblika koji su svojstveni zapadnoistarskoj obali (Marija Formoza u Puli, Sveti Petar na Brijunima, Sveti Mauro u Galižani, Sveti Lovreč na Cresu). Unutrašnjost crkve raščlanjena je lukovima što, prema mišljenju A. Deanović, odstupa od koncepta jedinstvenosti prostora prvokršćanskih građevina. Ona to pripisuje nekoj romaničkoj pregradnji koja diplomatički nije dokumentirana. Freske koje su postojale u crkvi nastale su u doba romanike, vjerojatno kada i kontrafori koji se vide na južnom (vanjskom) zidu ove crkve, a koji je danas nosivi zid veće crkve.
Crkva je zasigurno bila napuštena i zarušena u ranom srednjem vijeku, možda tijekom avarsko-slavenskih provala. Obnovljena je u IX. ili X. ili najkasnije do sredine XI. stoljeća kada je sagrađen bačvasti svod koji još uvijek postoji budući da se takvi svodovi u arhitekturi Istre pojavljuju tijekom IX. i X. stoljeća. A. Šonje smatra ih izvornim izričajem starohrvatske arhitekture nastao pod utjecajem graditeljstva iz Dalmacije. Izvorna bizantska građevina, prema mišljenju A. Šonje, bila je posvećena Majci Božjoj, a ne treba smetnuti s uma da je oko crkve bilo starohrvatsko groblje, što dokazuje činjenicu da je hrvatsko stanovništvo vrlo rano bilo naseljeno na području oko današnjega Kloštra. Iz ove crkve potječe oltarna pregrada koja se može datirati u IX. stoljeće. Ona je vjerojatno izrađena u doba romaničke obnove crkve. U to je vrijeme pokršteno hrvatsko stanovništvo opremilo crkvu novim namještajem.
Na južnu stranu ove manje crkve prislonjena je veća sakralna građevina koja je dvostruko veća, također je jednobrodna, a ima i polukružnu apsidu (koja je i izvana polukružna) s prozorom u sredini. Sjeverni perimetralni zid ove crkve podignut je iznad južnoga dijela starije crkve. Tada su lezene starije crkve produžene u cijeloj visini nadograđenog zida. Crkva je pravilno orijentirana, široka je 5,85 m, a duga 14, 5 m. Lađa crkve znatno je veća i viša u odnosu na prethodno opisanu manju crkvu, a nadsvođena je drvenom krovišnom konstrukcijom. Zidovi crkve glatki su (bez lezena i ukrasnih kontrafora), tri uska polukružna prozora smještena su visoko pod krovištem južnoga zida te su očuvali svoje izvorne tranzene ukrašene kasnom pleternom ornamentikom. A. Šonje datira pleternu ornamentiku iz ove crkve u razdoblje XII. stoljeća. Crkva je imala oltarnu pregradu koja je dijelila prostor za puk od svetišta. Ovdje je pronađen ulomak gredice ukrašen akantusovim lišćem koje je stilizirano načinom pleterne ornamentike, a s druge strane spletom od dviju pletenica trotračnih strukova. Dijelovi pleterne ornamentike (s geometrijskim i biljnim stiliziranim motivima) pronađeni su i u blizini crkve.
Jednobrodna crkva s polukružnom i izbočenom apsidom zastupljena je u prvokršćanskoj i ranosrednjovjekovnoj arhitekturi na području Porečke biskupije. Tlocrtna shema ove crkve tradicionalno je regionalna, a njezina monumentalna izgradnja s naglašenom vertikalom obilježje je romaničkog crkvenoga graditeljstva. Pročelje ima kutni nagib što se redovito susreće kod prvokršćanskih crkava. Ova crkva pripada skupini ranoromaničkih benediktinskih crkava. Način izgradnje zidova, osobito nepravilna konstrukcija tijela apside, zasigurno je rad lokalnih graditelja. Bitno je pripomenuti da je crkva svetog Mihovila bila uzor i svojevrstan prototip pojedinih romaničkih crkava i crkvica koje su se podizale na području Porečke biskupije.
Crkva je u novije doba bila pregrađena, što se očituje u velikim četverokutnim otvorima. Polukružna apsida crkve nadsvođena je polukupolom. Freske se pojavljuju u apsidi i na istočnom zidu crkve, a bile su podijeljene u tri osnovna polja: (1) podnožje je ukrašavao uobičajen motiv draperija; (2) u središnjem dijelu prikazani su likovi svetaca; (3) u polukupoli nalazila se monumentalna kompozicija ili monumentalni prikaz nekog lika. Freske su izvedene na zidovima crkve koji su uzidani od lomljena kamena srednje veličine razmjerno pravilnih pločastih oblika povezanih velikim količinama šupljikave žbuke dobivene miješanjem živog vapna i usitnjene opeke. Preko zida položen je prvi sloj žbuke od vapna, pijeska i opeke u približnom omjeru 1:3:1. Sloj žbuke nanosio se kada je bio već poprilično krut, a zatim se zaglađivao. Nakon toga nanosio se drugi sloj žbuke koji je bio neposredna podloga za freske, a sastojao se od pijeska, vapna i mljevene opeke u omjeru 1:2:1/12. Taj je sloj žbuke vješto zaglađen te su se na njega, dok je još bio svjež, nanosile glavne boje.
Na freskama nalazile su se i inskripcije, od kojih A. Deanović spominje NT NATIVITATE, pisanu tankim potezima kista u bijeloj boji na osušenoj podlozi (tempera). S paleografskoga gledišta, riječ je o capitalis quadrata koja iznimno nalikuje obliku inskripcije u crkvi svetog Ivana Krstitelja u Münster-Müstairu.
S obzirom na arhitektonski slog ovoga crkvenoga zdanja, obilježja fresaka i spomenute inskricpije te kasne pleterne ornamentike, crkva se može datirati u razdoblje IX. ili X. stoljeća.
Prema našem shvaćanju, Romuald je došao u Istru oko 1002. te je ondje utemeljio redovničku zajednicu kamaldoleza te tijekom godine dana (možda 1003. godine) monasterium construxit. Kao jezgra opatijskoga zdanja poslužila je starija (bizantska) crkva posvećena svetom Mihovilu arkanđelu koja je ovdje postojala već gotovo pet stoljeća. Između 1028. i 1040. (najvjerojatnije 1040. godine), u doba porečkoga biskupa Englemara za potrebe opatije podignuta je i velika crkva koja je zatim i oslikana freskama. Smatra se da je ova crkva posvećena svetom Mihovilu arkanđelu, premda se u krivotvorenoj Acikinoj darovnici navodi da je posvećena Blaženoj Djevici Mariji. A. Deanović navodi da bi ovaj navod iz krivotvorene isprave mogao biti i točan jer je polovica XI. stoljeća doba izrazita širenja štovanja Blažene Djevice Marije u Istri. Starija crkva nije pritom bila porušena jer je ona svojom tradicijom bila vezana uz istarski ogranak kamaldoleza, a osobito uz Romualdov lik (umro je 1027. godine). Nije nemoguće da je upravo ova mala crkvica baštinila tradiciju Romualdova boravka u Istri te da je stoga bila hodočasničkim odredištem pa je, posljedično, opatija ostvarivala znatne prihode od hodočasnika.
Zanimljivo je da su freske u starijoj (manjoj) različite od onih u velikoj crkvi. Freske iz starije crkve nastale su u Romualdovo doba uslijed romaničke intervencije na ovom bizantskome zdanju koje su najvjerojatnije učinili prvi redovnici tijekom gradnje opatijskoga kompleksa. To su, ujedno, najstarije freske u Istri. Freske u većoj crkvi nastale su oko 1040. godine i slogom se znatno razlikuju od prethodno spomenutih.
Glede freskoslikarstva u limskoj opatiji i njegovih značajki u svemu slijedimo A. Deanović koja ga je obradila temeljito, potpuno i kompetentno. Ona slog limskih fresaka pripisuje izrazitom internacionalizmu benediktinskog opatijskog slikarstva tzv. otonskog kruga kako u pogledu ikonografije tako i u pogledu freskoslikarske tehnike. Ona smatra da je utjecaj koji se širio iz njemačkih benediktinskih opatija Echternach, Reichenau, Fulda i kasnije Regensburg našao svoj odjek u krugu zajednice limskih kamaldoleza. To treba pripisati društveno-političkom, a posljedično i umjetničkom utjecaju koji je ostvarivalo Sveto Rimsko Carstvo Njemačke Narodnosti. Tako se u svetištu pojavljuju i razvijaju prizori zapadnjačke ikonografije u narativnom slijedu i realističkom oblikovanju, držeći se otonskih tradicija. No pored izrazitih i zamjetljivih utjecaja otonske južnonjemačke škole (izduženi likovi, odjeća, geste, dijelovi ornamentike), u freskoslikarskom izričaju i tehnici nalaze se tragovi orijentalno-helenističkoga sloga (pomodni motivi paragaudiona, impresionistička modelacija, modra pozadina, uzbuđenost prikaza). Grube konture profila te grubost žbuke (uslijed postojanja sadržaja grubo mljevene opeke), prema mišljenju A. Deanović, ukazuju na usvajanje elemenata barbarskog umjetničkog izričaja te provincijalizacije (kao posljedica nastanka fresaka u izrazito provincijaliziranoj sredini). Elementi izričaja bizantskoga freskoslikarstva nisu preuzeti neposredno od Bizanta nego su na prikaze došli posredstvom otonske škole i italskih umjetničkih radionica koje su prethodno usvojile takve motive i tehniku.
Na koncu, valja se osvrnuti i na kompozicijske elemente i pojedine dijelove prikaza s fresaka. Na istočnoj stijeni lađe (lijevo) nalazio se prikaz tonzuriranog sveca u tamnom habitu pred kojim se nazire (kleči?) neka osoba, a na drugoj strani apside razmjerno je dobro očuvan prikaz lika nekog biskupa ili redovnika. Iznad potonjeg prizora nalaze se tragovi prikaza draperije, no zbog oštećenja prikaza teško je reći o čemu je riječ: Navještenju ili nečem drugome.
Središnji je dio prikaza najzanimljiviji. Dobro je očuvan prikaz vladara koji sjedi na prijestolju s naslonom (prati krivulju vladarevih leđa). Vladar je glavu lagano okrenuo udesno, tako da je riječ o prikazu u poluprofilu. Desnicom podignutom u maniri govornika – u čemu se ogleda utjecaj zapadnih trendova u freskoslikarstvu – obraća se osobi koja stoji pored njega, a prikazana je u profilu, zamišljena je i pognute glave. Dva dvorjanina zagledala su se u tu osobu stojeći iza plaštem ogrnuta vladara. U uskom prostoru prikaza figure likova doslovce su nagurane pa se dodiruju tjemenom gornje grede, dok ju vladarska kruna čak i nadvisuje.
Idući prikaz odnosi se na neki lik prikazan u profilu koji objema ispruženim rukama, čini se, drži otvorenu knjigu. Prikaz nije jasno vidljiv zbog znatne oštećenosti. Razabire se prikaz još jednoga lika koji dvjema ispruženim i otvorenim rukama kao da želi primiti spomenutu knjigu. Uz ovaj prizor nalazio se još jedan, ali je, nažalost, u potpunosti uništen.
S desne strane ove skupine prikaza nalazi se monumentalna scena. U središnjem dijelu (gotovo u samome središtu) prikazan je svetac koji kleči šireći pritom ruke k nebesima odakle se spuštaju pramenovi zraka što emaniraju iz anđeoskog lika. Pred njim u gesti govora na povišenom sjedi neki uglednik, a uz njega stoje dva muškarca u kratkim tunikama. Svetac okreće glavu unatrag, prema skupini golobradih muškaraca, također odjevenih u kratke tunike, koji u podignutim rukama drže okrugle predmete (neki su od njih uspravni, neki sagnuti, ali svi su profilom usmjereni prema središnjem prikazu sveca). Vjerojatno je riječ o prikazu mučeništva: golobradi tonzurirani svetac vjerojatno je đakon (ima dalmatiku), dok snop zraka i anđeo upućuju na skoru smrt. U tom kontekstu uglednik i mladići simboliziraju mučitelje, s time da je uglednik predvodnik mučenja, mladići izvršitelji, dok predmeti u njihovim rukama čine sredstvo mučenja – gotovo je sigurno riječ o kamenju. Scena stoga prikazuje kamenovanje sveca – đakona, što nas navodi na zaključak da je riječ o prikazu mučenja svetoga Stjepana, prvog mučenika svete Crkve. Posebno je zanimljiv jedan drugi lik koji stoji pred svetim Stjepanom, za kojega postoje mišljenja da je bio Savao, a možda i iskvareni svjedok koji lažno optužuje Stjepana, što bi bio jedinstven takav prikaz. Ova ikonografska scena može se datirati u razdoblje od IX. do XII. stoljeća.
Najviši dio kompozicije fresaka, koji se nalazi u sklopu polukupole, vjerojatno je bio oslikan likovima Krista, Blažene Djevice Marije, okružene svecima ili anđelima, među kojima se možda nalazio i sveti Mihovil arkanđeo, titular ove crkve.
Posebnu pozornost treba pridati i draperiji o koju su obješene male bijele petlje. Ona je izvedena u jednostavnom ritmu polukružnih rubova i šiljatih nabora u obliku slova V u debelim potezima okera. Draperija ukrašava donji dio svetišta crkve, a očuvana je poprilično fragmentarno. Riječ je o motivu koji je bio uobičajen i raširen u predromaničkom slikarstvu. A. Deanović pripisuje umjetnički izričaj draperije predromaničkome dobu.
Titular ove crkve jest sveti Mihovil arkanđeo, zapovjednik Božje vojske i simbol pobjede kršćanstva nad poganstvom.