Le bâtiment de plan rectangulaire mesure intérieurement dix-huit mètres trente de longueur et huit mètres soixante de largeur. Il comporte trois travées, deux pour la nef et une pour le chœur fermé par un chevet droit percé d'une fenêtre gothique à trois baies aux arcs en lancette avec grand oculus. Les travées ont reçu des voûtes sur croisées d'ogives avec nervures toriques retombant sur des chapiteaux à corbeille nue avec astragale rehaussant des colonnes engagées. La nef était éclairée par de hautes fenêtres gothiques à deux baies jumelées et à oculus, trois s'ouvrent sur le côté de droite et une seule du côté opposé, elles sont actuellement murées. Les extérieurs sont épaulés par huit contreforts à ressaut terminés en bâtière, quatre sont angulaires dont deux encadrant fortement la façade qui s'ouvrit jusqu'en 1963 par un élégant portail déposé au Musée Lorrain. Façade et chevet se terminent par un pignon insérant une haute toiture de tuiles plates. La corniche de la façade est décorée de modillons. Le portail en plein cintre est constitué de deux colonnettes aux chapiteaux à décor végétal portant un arc trilobé. Le tympan est décoré de figures en bas-relief représentant une Vierge à l'Enfant et deux anges thuriféraires, cette composition est classique vers la fin du XII^e siècle à l'image de celle représentée sur le tympan du portail nord de la cathédrale de Chartres. Quatre corbeaux alignés dans la paroi au dessus du portail de Libdeau suggèrent qu'une large toiture en appentis l'abritait. Les rampants du pignon de la façade sont ponctués par une corniche bourguignonne remplacée sur les côtés et le pignon du chevet par une corniche plus discrète en simple pierre de taille. Au dessus du portail enlevé, une élégante rose en pierre composée de douze compartiments à tête trilobée rayonnant d'un anneau central surprend par son important diamètre, l'ensemble est actuellement muré. Cette rose est surmontée d'une petite fenêtre en plein cintre de style roman.

L'intérieur de la chapelle était orné de décors peints dont il ne subsiste presque rien dans les deux premières travées de la nef. L'occupation humaine au cours des guerres successives depuis 1814 suivi d'un abandon définitif ont altéré les enduits en profondeur. Néanmoins dans cette partie il subsiste trois croix cerclées polychromes très altérées qui peuvent être assimilées à des croix de consécration de la chapelle. Les nervures toriques des croisées d'ogives conservent quelques décors diffus. La troisième travée correspondante au choeur a partiellement conservé les enduits successifs en relativement bon état. Des indices probants permettent d'espérer la conservation de peintures murales ou de fresques masquées par les badigeons au niveau du chevet.

Il est attesté que jusqu'à la Révolution, la messe était dite et l'entretien assuré, expliquant l'état relativement satisfaisant dans lequel la chapelle est parvenue jusqu'au milieu du XX^e siècle. Après la Révolution et la mutation des bâtiments de la commanderie en exploitation agricole, la chapelle a subi de multiples altérations dont l'une des dernières fut à l'issue d'un don en 1963, le démontage puis le transfert, pierres à pierres, de son intéressant portail qui constitue l'un des éléments majeurs de l'édifice. Trois pierres tombales situées dans la nef ont également été démontées puis transférées, l'une datée de 1588 mentionne une épidémie de peste. L'ensemble des éléments démontés ont été transférés au palais ducal, l'actuel Musée Lorrain à Nancy.

Depuis le 6 février 1995, la chapelle de Libdeau est juridiquement protégée puisqu'elle bénéficie d'une inscription à l'Inventaire SupplémentaireAppellation utilisée de 1925 à 2005 en France pour désigner les biens meubles et immeubles faisant à présent l'objet d'une d'une inscription au titre des monuments historiques des Monuments historiques interdisant désormais son démantèlement. Le Préfet de la Région Lorraine motiva sa décision en invoquant ceci : « [...] Considérant que l'ancienne chapelle de la commanderie de Libdeau, unique vestige de l'architecture templière en Lorraine à l'aube de la suppression de l'ordre, présente un intérêt public pour l'histoire et en raison de la qualité de son architecture [...] ». La chapelle a subi les méfaits du temps amplifiés par l'absence d'entretien et un abandon total depuis 1938. Depuis 2009 un projet privé de sauvetage était à l'étude relayé depuis septembre 2011 par le Comité pour l'Etude et la Restauration de la Chapelle Templière de Libdeau.