La chiesa di San Giovanni di Sinis esercita un forte impatto grazie al contrasto con il panorama marino, alla prossimità dello scenografico capo San Marco, dove insistono i ruderi dell'antica città di Tharros, alle sue forme levigate e alla cupola che conclude i ritmi curvilinei dei volumi architettonici. L'edificio è il risultato della trasformazione longitudinale trinavata di una chiesa bizantina con pianta a croce inscritta, databile al VI-VII secolo, della quale rimangono il corpo cupolato e i bracci trasversali, con bifore aperte in epoca protoromanica (XI secolo). L'osservazione dall'esterno consente di individuare i diversi corpi di fabbrica: cubo centrale sopraelevato rispetto ai volumi laterali che lasciano intravedere il transetto sormontato da una cupola e chiuso a E dall'abside. All'interno della chiesa si notano le tracce di ammorsatura di una volta a botte originariamente impostata a livello più basso dell'attuale, frutto di ricostruzione. Sempre alla fase d'ampliamento appartengono l'abside, caratterizzata dall'estradosso rientrante sul filo d'imposta, e gli archi ciechi addossati ai fianchi delle navate laterali. Nella parte più antica della chiesa, si constata con quale perizia i costruttori dell'età bizantina hanno realizzato la cupola, raccordando lo spazio quadrato delimitato ai vertici dai pilastri con l'imposta circolare della cupola. Il raccordo è reso possibile dall'uso di pennacchi, soluzione al contempo ardita ed elegante, comune ad altre aree sotto l'influenza di Costantinopoli.