Santa Maria de Palau es troba situada en un pla elevat al nord-est del serrat de Palau i a l'oest de l'Arumí de Palau.
Es tracta d'una petita església d'una nau, planta rectangular i teulada de doble vessant amb aigües a les façanes laterals. Els murs són de maçoneria de pedra, en la major part amb filades regulars de carreus. Les cantonades estan diferenciades amb carreus de majors dimensions. L'absis és carrat i es troba orientat a l'est.
L'accés principal es troba orientat al sud, amb un cos adossat al davant amb teulada d'una vessant que forma un porxo, amb cinc obertures d'arc rebaixat: un finestral a est i oest i dos finestrals i un portal al centre al sud, quedant les obertures tancades per una reixa metàl·lica. A l'interior del porxo, en la façana del volum principal, hi ha una porta d'arc de mig punt emmarcada amb pedra treballada i amb la inscripció "AMABILIS ORA PRO NOBIS" a sobre. La part dreta de la façana es troba arrebossada.
La façana oest no conté cap obertura i es troba rematada per un campanar d'espadanya de dos ulls que no conserva les campanes.
La façana est, que correspon a l'absis, conté la sagristia adossada a la dreta i una petita finestra esqueixada.
