La iglesia de Santa María de La Antigua se levanta desde al menos el siglo XII en la ciudad de Valladolid. Conserva de fines de esa centuria o principios de la siguiente una esbelta torre románica rematada con una flecha recubierta de teja, que la hace ser, con el de la iglesia de San Esteban (Segovia), el campanario románico más alto de España y la Península ibérica en la actualidad, y un pórtico en el lado norte también románico. El resto del edificio es gótico y neogótico, pues se levantó en el siglo XIV y, tras posteriores añadidos en diferentes estilos, fue intensamente restaurado y reconstruido en la primera mitad del siglo XX.

Posiblemente sea una de las parroquias con más historia de Valladolid. Bajo el actual edificio se han encontrado restos de unos baños romanos. Aunque tradicionalmente asociada con el conde Pedro Ansúrez, lo cierto es que su existencia aparece por vez primera en la documentación en 1177. De esta construcción primitiva no se conserva nada. Las partes más antiguas del actual templo datan de finales del siglo XII o primeros años del siguiente y son de estilo románico: la galería porticada situada al norte del edificio, y la esbelta torre, situada a los pies, con planta cuadrada y cuatro pisos, con ventanas en los tres últimos, rematada con flecha piramidal.

El resto del templo fue reedificado probablemente en el siglo XIV, bajo el reinado de Alfonso XI de Castilla, siguiendo el estilo gótico y con notables influencias de la Catedral de Santa María de Burgos. Esta iglesia del siglo XIV se organizaba en tres naves, rematadas por tres ábsides poligonales, sin girola, y crucero manifestado solo en los alzados y no en la planta. La planta presenta varias irregularidades, pues el eje del templo tiene una ligera desviación frente a los de la torre y galería porticada. Las bóvedas eran de crucería sencilla y se apeaban sobre pilares de núcleo cilíndrico con columnillas adosadas. Los plementos de la capilla mayor están calados, como sucede en la catedral burgalesa. La iluminación se resolvía con esbeltos ventanales ojivales geminados con derrame exterior e interior en los ábsides, sencillos huecos pareados en la nave central y dos grandes rosetones, cuya tracería original se desconoce, en los dos hastiales de los cruceros.

En torno al templo y tras las prospecciones arqueológicas realizadas con intención de realizar un aparcamiento subterráneo para vehículos, aparecieron numerosos y valiosos restos: las únicas evidencias constructivas de época romana en la ciudad (siglos I-III), correspondientes a una construcción romana de cierta entidad, junto a 51 enterramientos de la necrópolis medieval de la Iglesia de la Antigua, el patio de un palacio renacentista bajo el que se presume la existencia de otros restos medievales y romanos, la bóveda del cauce del río Esgueva, con los restos del antiguo Puente del Bolo de la Antigua y la manzana de edificios del siglo XVIII que se mantuvo en pie hasta hace 25 años.​ La integridad del yacimiento se encuentra actualmente 2012 amenazado por el proyecto de construcción del aparcamiento, lo que ha motivado la movilización ciudadana en favor de la creación de un Parque Arqueológico.