Las fotografías antiguas de Estavillo nos revelan un edificio que no ha tenido importantes modificaciones en las últimas décadas ni ha sido sometido a restauraciones de gran calado. Sin embargo, y a pesar de que no lo podemos intuir por las fotografías, sí que tuvo que lamentar una pérdida a finales del siglo XIX. Hablamos de la capilla de San José, realizada en 1623. Hacia 1867 se extinguió la capellanía y fue demolida años más tarde, en 1899. Las cicatrices de la capilla se pueden percibir en el muro sur y algunos de sus restos fueron reaprovechados para construir la bolera anexa a la iglesia.

En el interior sorprende la altura y dimensiones de la iglesia, coronada por bóvedas de terceletes y estrelladas. Hacia los pies contemplamos el coro, obra del siglo XVII que reemplazó a uno de estilo gótico, del cual todavía quedan algunos restos, como la magnífica escalera que se conserva en el muro norte. A modo de curiosidad, el promotor del coro, Juan Pérez, se encuentra ubicado en su frente, dado que su antiguo sepulcro, que en origen estaba en posición horizontal, se reubicó en esta zona cuando se eliminó la capilla privada que lo acogía.

El magnífico retablo se encuentra enmarcado por unas pinturas murales barrocas que lo complementan y que muestran a Dios Padre, la paloma del Espíritu Santo entre ángeles y dos alegorías: la Fe con los ojos vendados, el cáliz y la cruz, y la Esperanza con el ancla. Estas pinturas probablemente se ejecutaron al mismo tiempo que la policromía del retablo, dorado y pincelado en el siglo XVIII, dos siglos después de su ejecución.

En la calle central del retablo encontramos esculturas que identificamos con San Martín obispo y la Asunción, acompañadas de varios relieves donde vemos escenas de la vida del santo obispo francés, como la partición de la capa, el sueño del santo en el que se le aparece Cristo, San Martín ayudando a su criado a quitarse las botas y el asalto de los ladrones en los Alpes. El resto de relieves aluden al calvario de Cristo mientras que entre los personajes de bulto redondo destacamos un San Roque y un San Sebastián, santos antipestíferos que tuvieron ermitas en la localidad.

También encontramos otro retablo de gran calidad en la capilla de la Inmaculada Concepción. Fundada por un párroco de Estavillo en el siglo XVI, acoge la obra de Francisco de Ayala, importante escultor con taller en Vitoria. El retablo no se policromó y representa una Inmaculada flanqueada por dos relieves con el pesaje de las almas de San Miguel y San Juan Bautista en el desierto. A ambos lados del calvario que corona el retablo volvemos de nuevo a encontrar a San Roque y a San Sebastián.

Existió en el templo otra capilla del siglo XVII, hoy en día desaparecida, cuya puerta de acceso queda disimulada hacia el interior por un retablo de San José. En ella se encontraban en origen las esculturas funerarias que hoy en día vemos repartidas por la iglesia: la de Juan Pérez que preside el coro, y las de Martín y Cristóbal Pérez, que hoy en día se pueden ver a ambos lados del retablo mayor, en postura orante. Esta capellanía se extinguió a mediados del siglo XIX, llevándose a cabo su demolición definitiva en 1899.