La chapelle est implantée à l’entrée nord du hameau de Fresneaux, au bord de la rue Sainte-Philomène. Orientée sud-est/nord-ouest, elle consiste en un simple vaisseau allongé de forme rectangulaire, flanqué au sud-est par une sacristie. L’entrée occidentale est couronnée d’un clocher et d’une flèche aux formes carrées. Elle est percée d’une porte bâtarde inscrite dans un arc en plein cintre.  

Les maçonneries sont principalement constituées de moellons de calcaire et de silex. La pierre de taille est employée pour les claveaux de l’arc en plein cintre de l’entrée ainsi que pour les chaînages d’angle. La brique est employée pour les chambranles des baies et les parties hautes des murs de la nef, ainsi que dans les maçonneries de la sacristie.

L’édifice est couvert d’une fausse voûte en berceau lambrissée. Les toits de la nef sont à longs pans avec une croupe côté chœur et un pignon couvert côté entrée occidentale. La sacristie est couronnée par un toit à deux pans et une croupe. L’ardoise couvre l’ensemble des toitures et du clocher.

À l’intérieur, le chœur est enrichi de peintures murales. Des verrières décoratives ornent deux baies de la nef.