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De la primitive église il ne reste que la tour, du XIIIe siècle, qui imite celle de l'église antique. Le temple actuel fut construit en 1621 par Francisco de Praves. Constituée d'une seule nef, avec des chapelles entre contreforts. Elle est en brique et tapial, de style post-ecurialien, si répandu à Valladolid.

Il y a dans la niche une sculpture de San Martin, oeuvre de Antonio Tomé (1721). La première chapelle du côté de l'Évangile arbore une grille barroque du XVIIIe siècle. Elle contient le baptistère dans lequel fut baptisé le poète de Valladolid José Zorrilla. La sacristie renferme une sculpture de San Martín partageant la cape avec le mendiant, que façonnera Gegorio Fernández en 1606, et le relief de la Pietà de Juni, qui se trouve au Museo Diocesano.