Declarado Conjunto Histórico Artístico, por su monumentalidad y estado de conservación, el casco urbano de Villarroya debe considerarse como un excelente ejemplos de la arquitectura medieval presente en la comarca del Maestrazgo.

Emplazado en el curso alto del río Guadalope, en la vertiente norte de la sierra de Gúdar, la mayor parte del casco urbano se extiende sobre una ladera localizada en la margen izquierda del citado curso. Este emplazamiento constituye también uno de los grandes atractivos de la localidad, conformando un paisaje abrupto y de contrastes entre las laderas sobre las que se emplaza el caserío y la vega del río.

Los principales elementos arquitectónicos del casco urbano de Villarroya los encontramos en torno a la calle Mayor y la plaza Mayor o de Los Arcos. En lo que se refiere a la primera, se trata de la vía principal del pueblo, trazada en dirección Norte-Sur y salpicada de importantes edificaciones de carácter civil, tanto populares como de carácter palaciego. Por su parte, en la Plaza Mayor encontramos los principales edificios de la localidad, tanto la iglesia como el Ayuntamiento, conformando un espacio urbano de gran belleza patrimonial y que, como particularidad, está abierto a la vega del Guadalope, algo poco habitual en éstos asentamientos de origen medieval, ya que la fortificación del pueblo en conjunto y de sus centros de poder, en particular, solía ser una de las prioridades.

A los espacios y edificios descritos hay que sumar buenos ejemplos de arquitectura popular (casas palacio, pequeñas viviendas, etc.) que mantienen el sabor medieval de esta localidad, así como destacados ejemplos de arquitectura religiosa como la ermita de Nuestra Señora de Loreto.

Consta de dos partes bien diferenciadas, la nave y la cabecera, cada una correspondiente a una época histórica y a un estilo diferente. En lo que respecta a la nave, de estilo gótico y datada en el siglo XVI, está cubierta por bóvedas de crucería que se alzan sobre arcos sajones. De esta parte del templo destaca el crucero, de dimensiones considerables y rica decoración renacentista compuesta por una variada rejería y por pinturas de fachadas interiores y escudos heráldicos. La renovación de esta parte del templo fue costeada por el Obispo Francisco Peña, influyente personaje de la jerarquía eclesiástica que llegó a ser archidiacono de la iglesia de Zaragoza y auditor de la Rota en Roma. Más austera resulta la parte del pórtico y el resto de la nave, fechada en el siglo XV y que, como curiosidad, no contaba en origen con campanario, por lo que se habilitó a tal efecto un torreón defensivo situado en la parte alta de la localidad.

Muy comunes en todo el Maestrazgo turolense, la mayoría de las ermitas consagradas a la virgen de Loreto datan del siglo XVII y comparten características arquitectónicas: construcción de cantería y mampostería, planta cuadrada cubierta con bóveda de medio cañón con lunetos y atrio delantero con cuatro columnas que sustentan un tejado a cuatro aguas. Como elemento diferenciador, la de Villarroya de los Pinares presenta unas dimensiones sensiblemente mayores a las del resto de ermitas de Loreto presentes en la comarca y cuenta, además, con un crucero culminado por una cúpula semiesférica de ladrillo decorada en parte con cerámica vidriada.

Edificio de dos alturas situado en la plaza Mayor o de los Arcos y construido en sillería y mampostería encalada. El primer piso cuenta con una lonja de tres arcos rebajados sobre columnas cilíndricas, mientras n el segundo piso encontramos tres grandes ventanales rectangulares rematados por un alero de madera. Del exterior también destaca su reloj de sol.

Se trata de un gran edificio de estilo barroco residencia del Obispo Francisco Peña, benefactor de la localidad y uno de los personajes más relevantes de la jerarquía eclesiástica y política de finales del siglo XVI, desempeñando cargos tales como el de consejero de la embajada Española en Roma y miembro del tribunal de la Rota de Roma por parte de la Corona de Aragón.

La Casa Peña se construyó entre 1610 y 1612 y es obra del arquitecto Joan Palacios, autor también de la reforma de la iglesia de la localidad. El palacio es de planta cuadrada y distribución simétrica. Cuenta con tres alturas y tiene dos fachadas arquitectónicamente muy similares, con una gran portada, un frontón partido y el escudo de la familia propietaria. Sobre ellas se abren sendas ventanas enmarcadas por sillares almohadillados y coronadas con un frontón. Las dos portadas de acceso dan paso a un amplio zaguán con una escalera lateral que conecta con un estrecho balcón que ocupa todo el piso superior.