Orø Kirkes kor og skib er opført i senromansk tid af kampesten med tilhugne kvadre på hjørner og omkring døråbninger samt vinduesindfatninger af kridt og munkesten. Begge de rundbuede døre er bevaret, norddøren er tilmuret. Der kan spores otte oprindelige vinduer i murværket, de er svagt tilspidsede, hvilket tyder på, at kirken er opført sent i 1100-tallet.
Tårnet er opført i begyndelsen af 1500-tallet, samtidig opførtes våbenhuset og sakristiet. Kirken blev hårdhændet istandsat i slutningen af 1800-tallet, hvorved to romanske vinduer i skibets nordmur blev ødelagt.
Den romanske korbue er bevaret med kragbånd af kridt. I slutningen af 1400-tallet fik kor og skib indbygget krydshvælv, alle har dobbelte kragbånd på vægpillerne. Ved en restaurering af gulvet fandt man rester af glaserede fliser med rosetmønster. Altertavlen er et renæssancearbejde, der er beslægtet med tavlen i Strø kirke. Prædikestolen er leveret i 1632 og bærer våben for Urne og Arenfeldt, lydhimlen bærer Christian IVs initialer. På skibets nordvæg er opsat en Pietà-gruppe, der formodentlig stammer fra o. 1450. Korbuekrucifikset fra o. 1500 med sidefigurer er genopsat på sin oprindelige plads over korbuen. Apostlen Johannes holder en posebog i højre hånd (se https://da.wikipedia.org/wiki/Posebind.)
I 2001 fandt man kalkmalerier på nord og sydvæggen i skibets 1. fag i forbindelse med kalkning af kirken. De er blevet afdækket og ved samme lejlighed afdækkede man hvælvets ribbedekorationer. På nordvæggen ses en rytter, muligvis Sankt Georg, billedet er blevet noget ødelagt af restaureringsarbejdet i 1897, da man udvidede de romanske vinduer. På sydvæggen ses en engel, som muligvis hører til en fremstilling af Bebudelsen, i så fald skal Maria være bag vægpillen. De to kalkmalerier og hvælvets ribbedekoration er blevet afrenset og restaureret uden tilmalinger af betydning.
Orøkorset (også kaldet Margrethekorset efter finderen) er et såkaldt relikviekors, et brystkors til at bære i en kæde om halsen, lavet i to dele med et hulrum i midten. Formen er et latinsk kors. På forsiden ses den korsfæstede Kristus, der træder på hedenskabets drage. Over hans hoved ses Gud Faders højre hånd mellem sol og måne, og til højre og venstre for Jesu arme to små figurer, antageligt Jomfru Maria og Johannes Døberen. På korsarmen læses ordene OLAFC VNVnCE (Olav cununce = konge) og ISACO’ (muligvis Isak). Korset stammer fra årene o. 1100 og blevet fundet i 1849 på Orø. Korset og kæden består af 310 g 22 karat guld. Selve korset er 8,3 cm højt og 6,25 cm bredt. Det befinder sig på Nationalmuseet, mens en kopi kan ses på museet Ourø Minder, Bygaden 56, Orø.
På bagsiden ses Jomfru Maria der bærer slør og har evangeliebogen i hænderne. Over hovedet svæver som et symbol på bebudelsen Helligåndens due og bogstaverne S MA (Sancta Maria?). Ved siderne ses i medaljoner to helgener og de græske bogstaver Α og ω hentydende til Kristus som livets begyndelse og ende.
Korset er nu tomt indvendig men har antageligt haft en holder til et relikvie, måske en splint af korset ligesom Roskildekorset.