La iglesia de esta localidad es un modesto templo en el que es posible leer la historia en sus costuras. Destaca su torre, sin duda alguna el elemento más antiguo del templo. Para algunos autores es mudéjar, para otros islámica, un antiguo alminar. Independientemente de las opiniones, la torre de La Vilueña es un ejemplo excepcional de la arquitectura medieval aragonesa.

Y si la torre es excepcional, la iglesia no lo es menos. Está puesta bajo la advocación de Santa María. En su mayor parte conserva su primitiva fábrica medieval, aunque en los siglos XVI y XVII se adosaron algunas capillas laterales. Se accede a través de un atrio cubierto, decorado con agramilados en el que se abre la portada de arco apuntado. 

El interior consta de una sola nave, dividida en cuatro tramos por arcos apuntados de diafragma, a la que se abren dos capillas adosadas en el lado norte. Estos  arcos sustentaban la techumbre de madera original que se destruyó en un incendio ocurrido en el siglo XVII. De las capillas que abren en el lado del evangelio, la del tercer tramo, más próxima al coro, se cubre con una bóveda de arista. La contigua del segundo tramo lo hace con bóveda de crucería estrellada y parece obra de principios del siglo XVI. La nave remata en los pies en un sencillo coro sustentado en un armazón de vigas de madera.

Las leyendas y los milagros de esta comarca tienen dos buenos ejemplos en La Vilueña. El primero está relacionado con el Santo Cristo que se venera en la iglesia parroquial, al que se le atribuyen una serie de prodigios. El segundo tuvo lugar la noche del 9 de noviembre de 1601, cuando un incendio devoró el altar mayor de la iglesia del que solo se salvaron los Corporales, dando lugar al llamado milagro Eucarístico de La Vilueña.

El castillo data de época medieval. Tiene planta rectangular, de unos 30 metros de largo yestá situado en un extremo de la población. Realizado en mampostería, con la parte alta en tapial prensado, en uno de sus lados conserva la puerta de ingreso. En altura, y no lejos de ella se levanta un torreón cuadrado y destacado en el muro. En uno de los ángulos, otro torreón de apariencia semejante pero mejor conservado que el anterior. Adosada a la muralla se sitúa la iglesia parroquial, cuyo campanario posiblemente fuese otra torre del castillo por su similar factura a las torres ya mencionadas. Para cumplir con su nueva función se levantó un cuerpo de campanas también cuadrado y de ladrillo que está rematado por un chapitel octogonal.