El castillo de Davalillo se asienta sobre un otero aislado a orillas del río Ebro. Es el único resto, junto con la vecina ermita de Davalillo, de la población del mismo nombre que desapareció al final de la Edad Media ante el empuje de la vecina localidad de San Asensio, a cuyo municipio pertenece en la actualidad.
El castillo comenzó a construirse seguramente a finales del siglo XI, cuando esta zona de La Rioja pasó a poder de la corona de Castilla, como defensa avanzada sobre la Sonsierra, situada al otro lado del río y perteneciente al reino de Navarra. En conjunto constituye un buen ejemplo de construcción defensiva de la época románica, pues el edificio actual se puede datar a finales del siglo XII.
La planta forma un polígono de siete lados, reforzados en las esquinas por contrafuertes cilíndricos. También, dado la extensión de los mismos, tienen contrafuertes intermedios los muros norte y sur. El la parte oriental el ábside de la capilla dibuja un cubo de mayores dimensiones que el resto, pero de igual altura.
La entrada al edificio se efectúa por el sur, encarando el desaparecido caserío de la población. Se realiza a través de dos cubos sobre los cuales se ha construido un arco apuntado sobre contrafuertes que permite la defensa de la puerta desde lo alto, formando una especie de matacán suspendido. El vano de entrada es levemente apuntado y rebajado, con un dintel monolítico apoyado en ménsulas. A ambos lados de la puerta, en el interior, se abren dos puestos de guardia para la guarnición, una en cada cubo.
En el patio de armas del castillo se observan restos de dos muros, uno que unía el cubo defensivo más al oeste con la capilla, y otro perpendicular a la entrada. Se observan ménsulas y mechinales a media altura en el muro norte lo que hace suponer la existencia de, al menos, dos alturas en esa zona.
La torre del homenaje se eleva sobre la nave de la capilla. Consta de tres alturas, en la segunda de las cuales, sobre el muro norte, se abre la puerta de entrada. Los dos primeros pisos se cubren con bóveda de cañón apuntado, mientras que la cubierta del tercero ha desaparecido y quedan restos de las almenas y una abertura hacia el sur. También se abren otros dos vanos en la cara oeste.
La capilla, como ya dijimos, ocupa la planta inferior de la torre de homenaje y su ábside forma parte del sistema defensivo elevándose en altura similar al resto del muro. Al interior la nave se cubre con bóveda de cañón apuntada, lo mismo que el ábside y el anteábside. El arco triunfal es apuntado y apoya sobre una imposta similar a la que recorre las paredes de la nave. En el muro de cierre un arcosolio comunica con una abertura situada en la planta superior mediante un abocinamiento graduado en forma de escalera. También se ilumina la capilla con una aspillera abierta en el testero. La entrada se abre en el muro sur mediante un vano apuntado. Entre la capilla y el muro septentrional, en el muro este se abre una poterna posiblemente de época posterior.
Hacia el este todavía quedan restos de la muralla que cerraba la población de Davalillo de la que el castillo sería la pieza principal.
En resumen, un buen ejemplo de castillo medieval, que quizá necesite que las instituciones fijen en él su interés para evitar el más que probable desmoronamiento de los cubos que protegen la entrada, en la actualidad bastante socavados por la erosión.
