La iglesia románica de Santa María de Arce, templo de fundación privada, presenta, para algunos autores, gran semejanza estructural entre su cabecera y la del monasterio de Irache, por lo que se podría fechar a mediados del siglo XII.
Responde a la tipología de templo rural que conecta con pequeñas iglesias como las de Echano, Artaiz y Gazolaz, entre otras, y que responde a un esquema de pequeñas proporciones con una sola nave rectangular de tres tramos desiguales y cabecera semicircular a la que precede un tramo recto, con torre de cuerpo prismático a los pies de la misma. La cubierta es una bóveda de medio cañón entre arcos fajones y de horno en el ábside, con el arco triunfal algo más bajo que el resto. Destacan además en el interior la decoración de algunas impostas con tacos, otras con una línea de ajedrezado y un capitel doble decorado a base de rosetas y palmetas. A la sacristía, de factura posterior, se adosa a la cabecera por el lado de la Epístola y forma una planta cuadrada cubierta por bóveda de cañón apuntado.
Al exterior se muestra como un conjunto de sillar de logradas proporciones y con sus muros laterales reforzados por contrafuertes, apenas resaltados. Destaca además la decoración de los canes que recorren los muros laterales y el ábside, aunque algunos se encuentran bastante deteriorados: aparecen distintas figuras esculpidas como un contorsionista, un hombre con barril que puede representar la atadura a vicios como la gula, dos figuras humanas, otra figura con enorme boca, un hombre con un libro, otro que tañe un arpa, otro comiendo y otro abriendo la boca, algunos canes son lisos, otros con molduras, cabezas, bolas, etc.
Llama la atención, también en el exterior, las ventanas de variada tipología, tres de las cuales se abren en el ábside con sus boceles, molduras, impostas y capiteles de las columnas decoradas con motivos vegetales de trazo esquemático, aves, hojas y entrelazos.
La portada se abre en el lado de la Epístola, entre el tramo del coro y el siguiente. Está protegida por un pequeño tejado con moldura de tacos que apoya en canecillos con cabezas de animales, algunos muy deteriorados. Presenta arco de medio punto con tres arquivoltas y arco exterior con decoración bastante perdida de roleos vegetales, además de bolas, cabecitas y piñas. La arquivolta central permanece lisa. Estos arcos se soportan sobre columnas con capiteles decorados, los dos exteriores con formas vegetales y entrelazos de profundo relieve y los dos interiores con figuras, el de la derecha con Cristo en mandorla rodeado de cinco personajes y el de la izquierda con seis figuras humanas.
En el interior de la iglesia apenas se conserva ajuar, salvo una talla de Virgen con el Niño que preside el ábside, procedente de Guindano, de estilo gótico del siglo XIII que conserva la rigidez románica y que ha sufrido restauración. Se conserva también una pila bautismal de la misma época que la iglesia con fuste cilíndrico y taza semiesférica lisa. El antiguo retablo mayor de pintura sobre tabla de época renacentista se conserva actualmente en la parroquia de Burlada.