La façade de l'abbatiale, jadis précédée d'un porche, est d'une sobriété toute cistercienne.
Elle est divisée verticalement en trois parties par des contreforts. Le portail cintré est surmonté d'une rangée de quatre petites baies cintrées, elles-mêmes dominées par un ensemble de trois baies. La fenêtre centrale, plus grande, est garnie de colonnettes.

Le reste du bâtiment est marqué par la même sobriété. On remarque qu'aucun clocher orgueilleux ne s'élève au-dessus de la croisée.
Le chevet plat, peu élevé, est amplement dominé par le pignon de la croisée. Celui-ci, comme le chevet lui-même est largement ajouré par des baies cintrées.
Au niveau du chevet, on distingue deux niveaux : le niveau inférieur étant, de plus, rythmé par des contreforts. Sur chaque bras du transept, on trouve deux austères petites absidioles à fond plat.

La nef comporte huit travées voûtées d'un berceau brisé.

Les arcs doubleaux retombent sur des colonnes engagées, elles-mêmes reposant sur des piliers cruciformes.

Les chapiteaux, fidèles à la doctrine de Saint Bernard, présentent des motifs végétaux extrêmement dépouillés.

La nef ne comporte aucun éclairage direct, excepté au revers, où les baies cintrées de la façade fournissent un éclairage généreux.

Les collatéraux présentent un voûtement particulier. Chaque travée est voûtée d'un berceau brisé perpendiculaire à celui de la nef, ce qui accentue la segmentation de l'espace.

Les bras du transept comportent chacun deux travées éclairées par de petites baies à l'est. Ils donnent sur deux absidioles dont le voûtement en berceau est perpendiculaire à celui du croisillon.
Le bras sud donne accès au dortoir par un escalier.

Le bras nord abrite la Vierge de Fontenay, bel exemple de sculpture gothique du XIIIe siècle.

Le chevet, derrière un arc triomphal percé de cinq baies, comporte deux travées, voûtées en berceau brisé. Il est largement éclairé par six grandes baies.

Au centre du chœur, un dallage polychrome du XIIe siècle a été préservé.

A côté repose un beau couple de gisants : il s'agit du chevalier Mello d'Epoisses et son épouse.

Des vitraux répondant à l'esprit cistercien (motifs végétaux et géométriques, couleurs douces), ornent le choeur.

Le cloître forme presque un carré de 36 mètres sur 38. Ses arcades cintrées sont géminées et reposent sur des colonnettes doubles. Aucun ornement ne vient affecter la simplicité des remplages, excepté quelques oculis.

Les motifs végétaux des chapiteaux sont également très simples. Les galeries de huit travées sont voûtées d'arêtes.

La galerie Est du cloître s'ouvre sur la salle capitulaire par une belle porte aux multiples archivoltes reposant sur des faisceaux de colonnettes.

La salle capitulaire comporte deux vaisseaux de trois travées voûtées d'ogives.

Situé au-dessus de la salle capitulaire, on accède au dortoir par le bras sud de l'église par un escalier.
Il s'agit d'une vaste pièce couverte d'une splendide charpente du XVe siècle.

Dans le prolongement de la salle capitulaire, la salle des moines dépasse la largeur du cloître. C'est une longue salle voûtée d'ogives de six travées.

Le chauffoir communique à la fois avec la galerie sud du cloître et la salle des moines. On peut observer ses deux cheminées.

Les moines de Fontenay étaient aussi de renommés forgerons. La forge est une salle de grandes dimensions, voûtée d'ogives.

Les moines étaient de brillants ingénieurs : le ruisseau qui coule derrière la forge servait à actionner de puissants marteaux hydrauliques.

L'enfermerie est un bâtiment du XVIe siècle. Certains la considèrent comme une prison, d'autres comme un endroit où l'on mettait sous clé les objets précieux de l'abbaye.