Ο ναός του Αγίου Βασιλείου οικοδομήθηκε το 1727 και αποτελεί έναν από τους παλαιότερους ναούς του νησιού του Αγίου Ευστρατίου, το τρίτο και μικρότερο νησί του νομού Λέσβου. Ο Άγιος Βασίλειος είναι μία δίχωρη εκκλησία βυζαντινού ρυθμού, διαστάσεων 7Χ3 μ. χωρίς την αψίδα, κατασκευασμένη από αργούς λίθους και πλίνθους. Η στέγη είναι δίρριχτη, καλυμμένη με σχιστολιθικές πλάκες και φέρει μικρό κεραμοσκεπή τρούλο, που πατά σε ψηλό τύμπανο. Η πρόσβαση στο ναό γίνεται από τα δυτικά με τοξωτή θύρα, η οποία οδηγεί σε εσωνάρθηκα με κεραμοσκεπή οροφή. Ο νάρθηκας χωρίζεται από το ναό με χτιστό εγκάρσιο τόξο. Στην πρόσοψη του ναού και περίπου 4 μ. πάνω και δεξιά από την τοξωτή και ιδιαίτερα ενδιαφέρουσα θύρα σώζεται εντοιχισμένη μαρμάρινη πλάκα, στην οποία αναγράφεται η χρονολογία ΑΨΚΖ' (1727). Ο ναός είναι κτισμένος σε κατωφερές έδαφος με αρκετά έντονη κλίση και πλαισιώνεται στη νότια πλευρά από αύλειο χώρο με κτιστό πεζούλι και πλακόστρωτο, που έχει πηγάδι στο κέντρο του. Μετά τους καταστροφικούς σεισμούς που έπληξαν το νησί του Αγίου Ευστρατίου το 1968, ο ναός ήταν ο μoναδικός που βρισκόταν σε ετοιμόρροπη κατάσταση μέχρι το 1985/86 και αναπαλαιώθηκε από το Σύλλογο Αγιοστρατήτων Αμερικής, σε συνεργασία με τις οικογένειες Θεοδώρου και Τρατάρου, όπως προκύπτει από εντοιχισμένη επιγραφή. Τον εσωτερικό διάκοσμο του ναού, συμπληρώνει λιτό ξύλινο τέμπλο επιζωγραφισμένο και άνευ ιδιαίτερης ιστορικής σημασίας.