El templo de San Paio de Diomondi es uno de los mejores ejemplos del románico pleno que conservamos en Riberia Sacra. Su tipología es la habitual, consta de nave única y cabecera semicircular, sin embargo sus dimensiones delatan su pasado monacal. Del antiguo cenobio conservamos abundante documentación dada la importancia del mismo en el sur lucense durante la Baja Edad Media.
En el interior, la cabecera se cubre con bóveda de cañón en su tramo recto y bóveda de cascarón en el hemiciclo. En ambas se emplea piedra irregular y menuda, material inusual en ese tipo de estructuras. Su peso es soportado por arcos fajones y, a su vez, columnas ornadas con ricos capiteles vegetales. Tres son las ventanas que se abren en el ábside, una de ellas se encuentra cegada tras adosarse la casa rectoral al muro norte de la iglesia. Del mismo modo permanecen faltas de luz natural todas las ventanas septentrionales de la nave.
Al exterior la portada principal presenta cuatro arquivoltas de medio punto peraltadas, ceñidas por una chambrana ajedrezada de igual directriz. Su peso lo sustentan columnas de fustes marmóreos y capiteles ornados con motivos zoomorfos: cuadrúpedos, aves y centauros.
En el muro sur destaca la portada por la delicadeza de sus formas, donde un tímpano polilobulado descansa sobre dos ménsulas ornadas con sendas cabezas de becerros. Cabe señalar que la parte superior del muro carece de cornisa y canecillos que indican la posible conclusión de las obras sin atenerse al proyecto inicial. También inacabado ha quedado el remate de los contrafuertes donde sólo se disponen las primeras dovelas de arcos y el arranque de chambranas jaqueadas que los enmarcarían. Todo ello corrobora la anterior teoría donde la falta de financiación sería el principal escollo.
