Freskoslikarstvo se pojavljuje u mnogim crkvama u Istri i predstavljaju njihovo prepoznatljivo obilježje. Radi se o slikarskoj tehnici na svježoj žbuci koja se odlikuje brzim slikarskim potezima. U crkvi svetog Mihovila nad Limom nalaze se jedne od najstarijih fresaka u Istri, ali i šire.
One pripadaju ranijoj fazi srednjovjekovnoga freskoslikarstva u Istri te orijentalno-helenističkom i bizantskom slogu koji je ovdje preuzet posredstvom otonske (njemačke) škole. Nastale su razdoblju XI. ili XII. stoljeća sa značajnim predromaničkim obilježjima.
Freskoslikarski izričaj u Svetom Mihovilu nad Limom pripisuje se izrazitom internacionalizmu benediktinskog opatijskog slikarstva tzv. otonskog kruga kako u pogledu ikonografije tako i u pogledu freskoslikarske tehnike. Taj se utjecaj proširio iz njemačkih benediktinskih opatija Echternach, Reichenau, Fulda i kasnije Regensburg te je našao svoj odjek u krugu zajednice ovdašnjih kamaldoljanja. Tako se u svetištu pojavljuju i razvijaju prizori zapadnjačke ikonografije u narativnom slijedu i realističkom oblikovanju, držeći se otonskih tradicija. Zamjećuju se izraziti utjecaji otonske južnonjemačke škole (izduženi likovi, odjeća, geste, dijelovi ornamentike), dok se u freskoslikarskom izričaju i tehnici nalaze se tragovi orijentalno-helenističkoga sloga (pomodni motivi paragaudiona, impresionistička modelacija, modra pozadina, uzbuđenost prikaza). Elementi izričaja bizantskoga freskoslikarstva nisu preuzeti neposredno od Bizanta nego su na prikaze došli posredstvom otonske škole i italskih umjetničkih radionica koje su prethodno usvojile takve motive i tehniku.
Na istočnoj stijeni lađe (lijevo) nalazio se prikaz tonzuriranog sveca u tamnom habitu pred kojim se nazire (kleči?) neka osoba, a na drugoj strani apside razmjerno je dobro očuvan prikaz lika nekog biskupa ili redovnika. Iznad potonjeg prizora nalaze se tragovi prikaza draperije, no zbog oštećenja prikaza teško je reći o čemu je riječ: Navještenju ili nečem drugome.
Središnji je dio prikaza najzanimljiviji. Dobro je očuvan prikaz vladara koji sjedi na prijestolju s naslonom (prati krivulju vladarevih leđa). Vladar je glavu lagano okrenuo udesno, tako da je riječ o prikazu u poluprofilu. Desnicom podignutom u maniri govornika – u čemu se ogleda utjecaj zapadnih trendova u freskoslikarstvu – obraća se osobi koja stoji pored njega, a prikazana je u profilu, zamišljena je i pognute glave. Dva dvorjanina zagledala su se u tu osobu stojeći iza plaštem ogrnuta vladara. U uskom prostoru prikaza figure likova doslovce su nagurane pa se dodiruju tjemenom gornje grede, dok ju vladarska kruna čak i nadvisuje.
Idući prikaz odnosi se na neki lik prikazan u profilu koji objema ispruženim rukama, čini se, drži otvorenu knjigu. Prikaz nije jasno vidljiv zbog znatne oštećenosti. Razabire se prikaz još jednoga lika koji dvjema ispruženim i otvorenim rukama kao da želi primiti spomenutu knjigu. Uz ovaj prizor nalazio se još jedan, ali je, nažalost, u potpunosti uništen.
S desne strane ove skupine prikaza nalazi se monumentalna scena. U središnjem dijelu (gotovo u samome središtu) prikazan je svetac koji kleči šireći pritom ruke k nebesima odakle se spuštaju pramenovi zraka što emaniraju iz anđeoskog lika. Pred njim u gesti govora na povišenom sjedi neki uglednik, a uz njega stoje dva muškarca u kratkim tunikama. Svetac okreće glavu unatrag, prema skupini golobradih muškaraca, također odjevenih u kratke tunike, koji u podignutim rukama drže okrugle predmete (neki su od njih uspravni, neki sagnuti, ali svi su profilom usmjereni prema središnjem prikazu sveca). Vjerojatno je riječ o prikazu mučeništva: golobradi tonzurirani svetac vjerojatno je đakon (ima dalmatiku), dok snop zraka i anđeo upućuju na skoru smrt. U tom kontekstu uglednik i mladići simboliziraju mučitelje, s time da je uglednik predvodnik mučenja, mladići izvršitelji, dok predmeti u njihovim rukama čine sredstvo mučenja – gotovo je sigurno riječ o kamenju. Scena stoga prikazuje kamenovanje sveca – đakona, što nas navodi na zaključak da je riječ o prikazu mučenja svetoga Stjepana, prvog mučenika svete Crkve. Posebno je zanimljiv jedan drugi lik koji stoji pred svetim Stjepanom, za kojega postoje mišljenja da je bio Savao, a možda i iskvareni svjedok koji lažno optužuje Stjepana, što bi bio jedinstven takav prikaz. Ova ikonografska scena može se datirati u razdoblje od IX. do XII. stoljeća.
Najviši dio kompozicije fresaka, koji se nalazi u sklopu polukupole, vjerojatno je bio oslikan likovima Krista, Blažene Djevice Marije, okružene svecima ili anđelima, među kojima se možda nalazio i sveti Mihovil arkanđeo, titular ove crkve.
Posebnu pozornost treba pridati i draperiji o koju su obješene male bijele petlje. Ona je izvedena u jednostavnom ritmu polukružnih rubova i šiljatih nabora u obliku slova V u debelim potezima okera. Draperija ukrašava donji dio svetišta crkve, a očuvana je poprilično fragmentarno. Riječ je o motivu koji je bio uobičajen i raširen u predromaničkom slikarstvu.
