El templo que se conserva en la actualidad presenta una planta de cruz latina organizada en tres naves. El ábside principal, de estilo hispano-flamenco y fechado en el siglo XVI, sustituyó al primitivo ábside románico, cuya disposición original puede identificarse hoy gracias a la señalización marcada en el pavimento de la capilla mayor tras las excavaciones arqueológicas. Por su parte, los ábsides laterales se mantienen de época románica y están cubiertos con bóvedas de horno. Pese a las ampliaciones y reformas llevadas a cabo durante el tiempo de la infanta Urraca y bajo la dirección del arquitecto Deustamben, el conjunto ofrece una imagen equilibrada y coherente. Estas intervenciones tuvieron que acomodarse a la iglesia anterior edificada por Fernando y Sancha, lo que explica que los ábsides no coincidan exactamente en anchura ni en alineación con las naves.

La nave central destaca por su considerable altura y se cubre con bóveda de cañón, al igual que el tramo recto del ábside y el crucero, mientras que las naves laterales utilizan bóvedas de arista. Los arcos que separan las naves presentan un acusado peralte, y los del crucero adoptan una forma polilobulada, un rasgo que remite a la pervivencia de elementos propios del arte mozárabe.