Ο ναός της Παναγίας της Κρήνας βρίσκεται στην αγροτική περιφέρεια των Βαβύλων, στην κεντρική Χίο. Στη θέση όπου ιδρύθηκε ο ναός υπάρχει πηγή με άφθονο νερό, στην οποία οφείλεται η προσωνυμία του μνημείου, «Κρήνα».
Ο σημερινός ναός αποτελείται από τον κυρίως ναό, τον εσωνάρθηκα και τον εξωνάρθηκα. Ο κυρίως ναός και ο εσωνάρθηκας εντάσσονται στο ίδιο κτηριολογικό πρόγραμμα, αλλά κατασκευάσθηκαν με χρονική διαφορά μεταξύ τους, στον 12ο αιώνα μ.Χ. Ο εξωνάρθηκας είναι κατά πολύ μεταγενέστερος, του 18ου αιώνα μ.Χ. Ο κυρίως ναός ακολουθεί τον αρχιτεκτονικό τύπο του Καθολικού της Νέας Μονής, τον «νησιωτικό» οκταγωνικό, με παραλλαγές ως προς τον τρόπο στήριξης του τρούλου στην ανατολική πλευρά, όπου στον ναό της «Κρήνας» υπάρχει ψηλή καμάρα που δεν υπήρχε στο πρότυπο. Στον εσωνάρθηκα διατηρούνται δύο αρκοσόλια (ταφικά μνημεία), ένα στη νότια και ένα στη βόρεια πλευρά. Τα αρκοσόλια κατασκευάσθηκαν σε επαφή με τους πλευρικούς τοίχους του εσωνάρθηκα, και με την κατασκευή τους φράχθηκαν προγενέστερα ανοίγματα (θύρες και παράθυρο). Ο τρουλίσκος και ο δυτικός τοίχος του εσωνάρθηκα κατέρρευσαν μετά τον σεισμό του 1881 μ.Χ. και ανακατασκευάσθηκαν τρία χρόνια αργότερα, το 1884 μ.Χ., όπως πληροφορεί χρονολογία χαραγμένη στο ανώφλι. Ο εξωνάρθηκας είναι σήμερα ασκεπής και η κάλυψή του μάλλον κατέπεσε με τον σεισμό του 1881 μ.Χ.
Το σύστημα δομής του κυρίως ναού και του εσωνάρθηκα συγκροτείται από την εναλλαγή στρώσεων από λίθους με στρώσεις από σειρές πλίνθων, στις οποίες παρατηρείται η τεχνική της «κρυμμένης πλίνθου». Ψηλά τυφλά αψιδώματα μειώνουν το πάχος της τοιχοποιίας και προσδίδουν πλαστικότητα στο κτήριο, ενώ ο ποικίλος κεραμοπλαστικός διάκοσμος (πλέγματα ιστών που απομιμούνται ψάθα, πλέγματα ρόμβων, μαίανδρος, σειρές φιαλοστομίων, καρδιόσχημα κ.α.) ζωογονεί τις όψεις του μνημείου. Στην εξαιρετικά πλούσια διάπλαση των όψεων της «Κρήνας» από πλίνθινα ή κεραμικά στοιχεία προστίθενται και τα μαρμάρινα αρχιτεκτονικά μέλη που είτε λαξεύθηκαν για το ίδιο το μνημείο (κιονόκρανα, επίκρανα παραστάδων, αμφικιονίσκοι παραθύρων, κοσμήτης κ.α.) είτε προέρχονται από αρχαιότερα κτήρια και εντοιχίσθηκαν σε διάφορα σημεία των όψεων.
Οι εσωτερικές επιφάνειες του κυρίως ναού καλύπτονταν έως το 1987 μ.Χ. από στρώμα τοιχογραφιών που είχε ζωγραφήσει το 1734 μ.Χ. ο αναγνώστης Μιχαήλ Χωματζάς, Χιώτης στην καταγωγή ζωγράφος, που είναι γνωστός και από άλλα μνημεία σε νησιά του Αιγαίου Πελάγους. Όταν το στρώμα αυτό αποτοιχίσθηκε, αποκαλύφθηκε ότι ο ναός έσωζε σε όλη του την έκταση τον αρχικό ζωγραφικό διάκοσμο του ύστερου 12ου αιώνα μ.Χ. Κτήτορες του ναού της «Κρήνας» ήταν, σύμφωνα με επιγραφές στον εσωνάρθηκα, ο Ευστάθιος Κοδράτος και η σύζυγός του Ειρήνη Δούκαινα Παγωμένη.
Ήταν μέλη της τοπικής αριστοκρατίας με στενούς δεσμούς με την αυτοκρατορική Αυλή στην Κωνσταντινούπολη. Πλάι στις μορφές τους και στα ονόματά τους, στο νότιο αρκοσόλιο του εσωνάρθηκα, παραδίδεται η χρονολογία 6605 από κτίσεως κόσμου (1197 μ.Χ.). Στο Ιερό Βήμα σε εξαιρετικά τιμητική θέση εικονίζεται ο θείος της κτητόρισσας, μητροπολίτης των Υπαίπων της Μικράς Ασίας, ο Στέφανος Πεπαγωμένος. Από τον τρούλλο του κυρίως ναού αποτοιχίσθηκε στρώμα τοιχογραφιών με παραστάσεις δώδεκα Προφητών, που χρονολογείται στον 14ο αιώνα μ.Χ., και εκτίθεται στο κτήριο περιοδικών εκθέσεων αρχαιοτήτων «Παλάτι Ιουστινιάνι» στο Κάστρο της Χίου. Σήμερα στον τρούλλο έχουν παραμείνει στο μεν ημισφαιρικό μέρος, που κατέρρευσε με τον σεισμό με τον σεισμό του 1981 μ.Χ., παράσταση του Παντοκράτορα με αγγέλους, ππου χρονολογείται στα 1884 μ.Χ., και στο τύμπανο ανάμεσα στα παράθυρα, οι παραστάσεις δώδεκα Προφητών, που ανήκουν στο αρχικό στρώμα τοιχογράφησης, του 12ου αιώνα μ.Χ.
Θραύσματα αρχιτεκτονικών μελών που έχουν ενσωματωθεί σε διάφορες θέσεις του κτηρίου αναγνωρίσθηκε ότι προέρχονται από το ίδιο μάρμάρινο τέμπλο, που ήταν τοποθετημένο αρχικά στον κυρίως ναό. Ορισμένα από αυτά (π.χ. τα δύο θωράκια που είχαν πρόχειρα τοποθετηθεί στα αρκοσόλια) μεταφέρθηκαν και εκτίθενται στο «Παλάτι Ιουστινιάνι».
