La chiesa paleocristiana di San Giovanni di Sinis sorge su un’area cimiteriale in origine pagana e successivamente cristiana. Orientata con l’abside a est è costruita in blocchi di arenaria dorata: l’aula, di forma rettangolare, appare divisa in tre navate, coperte da volte a botte e terminate da un transetto parimenti voltato. In corrispondenza della navata centrale e dell’unica abside compare una piccola cupola, sostenuta da grossi pilastri alveolati.

Le navate laterali comunicano con quella centrale mediante tre archi poggianti su tozzi e semplici pilastri. L’edificio è illuminato, nella navata centrale, da tre piccole aperture quadrangolari, in corrispondenza dell’abside e del transetto da bifore. La sobria facciata è ravvivata nella parte centrale da un oculo ubicato al di sopra della porta d’ingresso.
Il nucleo centrale della chiesa, costituito dall’ambiente cupolato e riferibile a un originario edificio a croce greca iscritta in un quadrato, fu impiantato probabilmente nel sesto secolo dopo Cristo.
In età giudicale, tra il nono e l’undicesimo secolo, la struttura subì una radicale trasformazione che comportò l’aggiunta dell’abside e dell’aula a tre navate, in sostituzione del braccio orientale e di quello occidentale, e l’apertura delle bifore.

In occasione di recenti restauri è stato individuato alla base dell’abside un lacerto di intonaco dipinto in bruno e rosso su fondo bianco, raffigurante parte di un tendaggio (velario). Tale elemento, che doveva far parte di una decorazione parietale più ampia, trova confronti in contesti extra insulari datati tra l’ottavo e il nono secolo.
Nel corso degli stessi lavori è stato evidenziato al di sotto della chiesa e immediatamente a sud di essa un preesistente edificio con abside orientata a est. Per la presenza nell’area di numerose sepolture, tra cui alcuni sarcofagi ancora presenti al di sotto del piano pavimentale, si è ipotizzato che i resti murari identificati si riferiscano a una basilica funeraria paleocristiana.