La chiesa di Lama d'Antico è ricavata interamente nella roccia calcarea, in posizione rialzata al centro dell'omonimo insediamento rupestre, nel territorio di Fasano. Il villaggio a cui apparteneva iniziò a popolarsi a partire dal X secolo dopo Cristo, e alcuni ritrovamenti archeologici fanno pensare a una presenza umana continuativa fin da epoche più antiche.
L'edificio ha una pianta a croce di tipo arcaico, formata da due navate di larghezza diversa. Al centro, in corrispondenza dell'ingresso laterale, si trovava un tempo un'ampia cupola, oggi non più esistente.
In età medievale la chiesa sorgeva nei pressi di un percorso di grande importanza, vicino all'antica via Traiana, transitato anche dai pellegrini diretti verso l'Oriente. All'interno è stata individuata una cattedra vescovile: un indizio che fa pensare a una funzione di chiesa episcopale, cioè sede di un vescovo. La chiesa ebbe anche funzione di cimitero: al suo interno e nelle immediate vicinanze sono state trovate diverse sepolture.
Le pareti sono interamente decorate da affreschi. Lungo il percorso che va dall'ingresso fino alla navata più stretta si contano ventitré nicchie ad arco, dipinte con figure di santi vescovi, in parte rovinate dal tempo e dagli agenti atmosferici. Nell'abside si conservano tracce di pittura meglio leggibili, risalenti all'XI-XII secolo: vi è raffigurato Cristo in trono, racchiuso in una mandorla, affiancato dalla Madonna (nell'iconografia detta Odegitria) e da San Giovanni Battista. Più in basso compaiono i simboli degli Evangelisti: il leone per San Marco, il bue per San Luca.
La chiesa di Lama d'Antico fa parte di un parco più ampio, che comprende anche le vicine chiese rupestri di San Giovanni e di San Lorenzo, anch'esse scavate nella roccia e decorate con pitture di tradizione bizantina.