La sua facciata bicroma rivela una lunga storia fatta di varie fasi costruttive, di alternanze di ‘maestri’ e di riferimenti ad altri santuari romanici sardi. La chiesa di San Paolo si erge tra gli agrumeti del borgo di Milis, i quali vantano una tradizione antichissima: forse già dal XII secolo furono impiantati dai monaci camaldolesi. Allo stesso ordine probabilmente si deve anche la costruzione dell’edificio, il cui primo impianto viene fatto risalire attorno al 1140. Il titolo di Sanctu Paulu de Miili è documentato in una preziosa fonte, il condaghe di Santa Maria di Bonarcado, datato XII-XIII secolo. Tra le sue particolarità, spicca l’uso di ben quattro diversi tipi di pietra: calcare, trachite, basalto e tufo. La struttura, con le lunghe paraste angolari e uno zoccolo a scarpa che corre per tutto il perimetro, rimanda alla prima fase costruttiva del XII secolo, a opera verosimilmente delle stesse maestranze attive nel cantiere della basilica di Santa Giusta. La parte superiore della facciata, a filari alternati di calcare dorato e di basalto scuro, viene invece attribuita a maestranze operanti nell’area dell’attuale Arborea durante il primo quarto del XIII secolo. Forse gli stessi ‘impresari’ edificarono la coeva chiesa di San Palmerio a Ghilarza, anch’essa a filari alternati di conci chiari – in questo caso di trachite – e di basalto scuro.