Le moulin à eau de Pen Bil se dresse dans un vallon arboré au croisement de deux ruisseaux qui marquent les frontières entre les communes de Goulien, Primelin et Esquibien. Il s’agit d’un ancien moulin à roue à aube horizontale (appelée roue à pirouette dans le Finistère). Cette roue, située en dessous des meules, était alimentée par l’eau issue d’un bassin de rétention, aujourd’hui à sec, situé au nord de l’ensemble. Le bief qui alimentait ce bassin, également à sec, commençait quelques 700m plus au nord au niveau du village de Kerguerrien en Goulien.

Implantée dans une forte pente du terrain, la propriété consiste en un ensemble de bâtiments organisés en alignement avec une aile en équerre au nord qui accueillait le moulin au début du 19e siècle.

Exposé sud-ouest, l’alignement est composé d’un logis à l’est et de deux dépendances. Le logis est sur deux niveaux d’habitation, il présente un appareillage en moellons non enduits et une élévation irrégulière. Les décors sont portés sur les linteaux sculptés et les souches de cheminées moulurées. La dépendance du milieu présente ces mêmes caractères architecturaux mais son accès se fait par le nord au moyen d’une porte ouverte au niveau de l’étage.

La dépendance ouest est signalée comme moulin dans les conclusions de l’enquête de 1978. En rez-de-chaussée, elle présente une façade antérieure en moellons et une façade postérieure en pierres de taille. C’est d’ailleurs par le nord que se fait l’accès grâce à ses deux portes d’entrée.

L’aile nord est un bâtiment en moellons de granite sur un niveau implanté perpendiculairement à l’alignement principal, au niveau de la dépendance centrale. On y accède par une porte extérieure ouverte sur son mur gouttereau ouest.

A l’est de la cour se trouve également un puits en pierres de taille de type traditionnel : section carrée avec toit pyramidal surmonté d’une sorte de boule stylisée.