Das Gotteshaus ist ein Bau der Frühgotik (13./14. Jh.). Das Langhaus wurde 1616 erweitert, das Turmobergeschoß um 1700 erbaut. Weitere Umgestaltungen folgten 1770 (vor allem Vergrößerung der Fenster) und 1898 (Teile der Innenausstattung).
Der barocke Hochaltar birgt das Gnadenbild, eine überaus edle spätgotische Madonnendarstellung (um 1470), die von barocken Figuren der Diözesanheiligen Willibald und Walburga flankiert wird. Die Gesimsbalken der bei den Seitenaltäre gehen in origineller Weise über den Chorbogen hinweg und fassen die Altäre zu einer Gruppe zusammen. Altäre und Kanzel sind Stiftungen Eichstätter Domherren aus der Zeit um 1660 - 1670. Ein weiteres Kunstwerk der Kirche ist die Sakramentsnische an der linken Chorseite, eine Schöpfung des Renaissancebildhauers Loy Hering aus der Zeit 1535 1539. Neben zahlreichen Votivtafeln des 17. und 18. Jahrhunderts an der rechten Chorseite besitzt die Buchenhüller Kirche ein Votivbild des Eichstätter Bischofs Kaspar von Seckendorf (1590 - 1595). Diesem Bischof verdankt Buchenhüll auch den ältesten Kreuzweg der Diözese, den er 1591 südwestlich der Kirche längs des Weges nach Eichstätt aufstellen ließ. Teile der Steinsäulen der zweiten, dritten und vierten Station sind noch erhalten und tragen das Wappen des Stifters, die Säule der sechsten Station ziert das Wappen des Fürstbischofs Johann Euchar Schenk von Castell (1685 - 1697), der die Anlage renovieren ließ. Die übrigen Säulen wurden nach Verwahrlosung des Kreuzweges im 18. Jh. 1851 neu aufgestellt.
