Στο κάστρο του Αγίου Ιλαρίωνος στην επαρχία Κερύνειας υπάρχει μισοερειπωμένη πολύ σημαντική εκκλησία αφιερωμένη στον άγιο Ιλαρίωνα. Η εκκλησία είναι οκταγωνικού τύπου, δηλαδή ο τρούλλος στηρίζεται σε οκτώ σύνθετους πεσσούς που αποτελούνται από ορθογώνιο πεσσό και συμφυή κίονα. Από τα στηρίγματα αυτά έξι είναι προσκολλημένα, ανά δύο, στον νότιο, τον δυτικό και τον βόρειο τοίχο ενώ τα άλλα δυο που ευρίσκονται μεταξύ βήματος και κυρίως ναού είναι ελεύθερα. Έτσι η εκκλησία του Αγίου Ιλαρίωνος μοιάζει κάπως με την εκκλησία του Αντιφωνητή. Στην τελευταία όμως αυτή τα στηρίγματα του τρούλλου είναι κυλινδρικοί πεσσοί, αντί κίονες συμφυείς σε πεσσούς.
Η εκκλησία του Αγίου Ιλαρίωνος έχει σχήμα τραπεζιόσχημο αντί ορθογώνιο. Αυτό οφείλεται πιθανότατα στη θέση στην οποία έχει κτισθεί. Έχει εσωτερικές διαστάσεις 9,80 Χ 7,30 μ. και αρχικά δεν είχε νάρθηκα. Οι εξωτερικοί τοίχοι είναι κτισμένοι με ακανόνιστους ασβεστόλιθους. Η εξωτερική όμως επιφάνεια του νότιου τοίχου, που είναι η μόνη ορατή, είχε επιχρισθεί με κονίαμα το οποίο απομιμείτο τετραγωνισμένους λίθους και οπτόπλινθους. Έτσι εξωτερικά ο τοίχος φαινόταν κτισμένος με εναλλαγή λίθων και οπτόπλινθων. Μεγάλη χρήση οπτόπλινθων γίνεται στα τόξα και τη θολοδομία ενώ οι σύνθετοι πεσσοί είναι κτισμένοι με εναλλαγή λίθων και οπτόπλινθων. Η εκκλησία καταλήγει στ' ανατολικά σε μια αψίδα που έχει χορδή 3,30 μ. και βέλος 2,30 μ., και είναι μεγαλύτερη του ημικυκλίου. Η ανωδομή της εκκλησίας έχει καταστραφεί, όπως και οι τοιχογραφίες που τη διακοσμούσαν.
Στα δυτικά της εκκλησίας προστέθηκε τον 12ο αιώνα τραπεζιόσχημος νάρθηκας. Όπως συνήθως, ο νάρθηκας προστέθηκε ως αυτοτελές κτίσμα και γι’ αυτό κτίσθηκε και ανατολικός τοίχος που κάλυψε τον δυτικό τοίχο της εκκλησίας, που όπως αποδείχθηκε από μικρή έρευνα που έγινε το 1963, είχε δυο μικρές αβαθείς αχιβάδες. Όπως και του κυρίως ναού, έτσι και του νάρθηκα έχει καταστραφεί η ανωδομή αλλά οι τοίχοι σώζονται σε ύψος 4 - 5 μέτρων.
Η αρχική είσοδος του ναού βρισκόταν στο μέσο του νότιου τοίχου, αργότερα όμως κατά τη Φραγκοκρατία ανοίχθηκε και άλλη είσοδος στο δυτικό άκρο του νότιου τοίχου. Δεύτερη θύρα υπήρχε στο μέσο του δυτικού τοίχου και τρίτη στο μέσο του βόρειου τοίχου. Αργότερα ανοίχθηκαν άλλες δυο θύρες στον βόρειο τοίχο.
Από τη μια και την άλλη πλευρά της αψίδας υπάρχουν ημικυκλικές αχιβάδες με τη μορφή εγγεγραμμένων στο πάχος του ανατολικού τοίχου αψίδων όπως και στην εκκλησία της Αψινθιώτισσας. Στα βόρεια της εκκλησίας κτίσθηκαν κατά τον 12ο αιώνα τρία δωμάτια από τα οποία τα δυο ακρινά καλύπτονταν με τρούλλο ή φουρνικό και το μεσαίο με σταυροθόλιο. Κατά τη Φραγκοκρατία κτίσθηκε μεγάλο τραπεζιόσχημο δωμάτιο στη βορειοανατολική πλευρά της εκκλησίας.
Όπως φαίνεται από την αρχιτεκτονική και την τοιχοδομία της εκκλησίας, αυτή κτίσθηκε στα τέλη του 11ου αιώνα.