La iglesia de Santa Cecilia era la capilla del castillo de Fantova, a pesar de que también hizo de parroquia del término. Aparece documentada por primera vez en el año 961, momento en que fue consagrada por el obispo Odesind, a petición del conde Ramon II de Ribagorza. Este condado sufrió las razzias musulmanas a principios del siglo XI y la fortaleza de Fantova fue uno de los puntos atacados. Tras estos ataques fue necesario reconstruir el templo, que fue consagrado nuevamente hacia el año 1016 por el obispo Eimeric de Ribagorza en presencia del conde Guillem Isarn. Todavía se volvió a consagrar la iglesia por tercera vez. Fue en el año 1103.

En 1571 fue anexionada al obispado de Barbastro. Por aquella época la población ya se había empezado a establecer en el núcleo de La Puebla de Fantova y aunque se mantuvo la devoción de los fieles en el templo, esta fue disminuyendo con el paso de los años. Actualmente sólo se celebra una romería en el mes de mayo.

Tiene una sola nave, cubierta con una bóveda de perfil apuntado y reforzada por cuatro arcos torales, fruto de una reconstrucción. También es fruto de una reforma posterior el muro sur del templo.

Tiene la particularidad de tener dos ábsides de planta semicircular, uno al este y otro al oeste. Ambos no son visibles desde el interior del templo, pues han quedado ocultos por unos tabiques. El ábside de levante no tiene ningún tipo de apertura.

Este ábside no es coetáneo con el del lado oeste, que se edificó a principios del siglo XII. Este es de factura posterior y muy probablemente se construyó en el mismo momento que se hizo la actual muro sur.

En el ángulo suroeste vemos los restos de un muro y parte de una esquina, que evidencian que el muro sur original se extendía más allá de donde se levanta actualmente. Si nos fijamos en los restos de este muro, vemos que el ábside es simétrico respecto a la nave, lo que no ocurre con el del lado este, que está centrado respecto al muro actual. Por lo tanto, la cabecera de levante fue edificada al mismo tiempo o después de que el muro sur.

El ábside de poniente corresponde al templo consagrado en 1103. En la parte central se abre una ventana abocinada. Formaba parte de las defensas del castillo, por eso sobre él se construyó una bestorre, convertida en campanario de planta semicircular.

Destacan las dos grandes ventanas orientadas al oeste.

Desde este espacio tenemos una bonita visión de la torre del castillo.

Vale la pena acceder este espacio para disfrutar de las vistas, a pesar del estado de la escalera de caracol que nos permite subir hasta el campanario, construida en el espacio interior del ábside.

Actualmente se accede al templo por una puerta abierta en el muro sur, formada por un arco de medio punto adovelado. A ambos lados, se abren dos ventanas de aspillera.

La puerta original se encontraba en el muro norte. Todavía podemos ver su arco de medio punto, hecho con largas dovelas, realizadas a base de losas ligeramente escuadradas. Nos encontramos en la parte más antigua del templo y probablemente formaba parte de la iglesia consagrada en el año 961. El paramento de este sector es hecho a base de sillares irregulares y de pequeñas dimensiones, distribuido en hileras irregulares.