L'église est implantée au nord-ouest du hameau de Sainte-Arthémie. Le cimetière est contigu au sud de l'église. L'entrée s'effectue par la façade orientale surmontée d'un clocher-mur. Non orientée, l'église présente un plan allongé qui se termine en un chevet plat. Deux chapelles latérales sont érigées au nord et sud. La sacristie est également au sud. On y accède par une porte avec un arc segmentaire sur lequel la date 1750 est gravée. L'édifice de taille modeste est construit en moellon de calcaire. Il porte un enduit couvrant. Les matériaux sont perceptibles sur le mur intérieur de la façade orientale, dans lequel plusieurs remplois sont identifiables (à l'intérieur comme à l'extérieur). La nef est couverte d'un plafond de plâtre sur lattis incurvé en anse de panier. Le clocher-mur de Sainte-Arthémie présente la particularité d'être surmonté d'un pignon en accolade au-dessus de l'arcade en plein-cintre qui reçoit la cloche.