Primitivamente existió una basílica mozárabae dedicada a la memoria de San Sebastián.El templo románico se levantó el año 1088, quince años después de la muerte de Santo Domingo iniciador e impulsor de las obras.
El templo tiene tres imponentes naves y tres ábsides de planta siomsilar a la del monasterio de Arlanza. Estas naves desaparecieron en 1711 construyendose la actual basílica de estilo neoclásico, obra de Ventura Rodriguez. A pesar de estos cambios,el monasterio guarda una de las joyas más importantes del arte español y sin duda el claustro más hermoso y perfecto del románico.
Son espléndidos los capiteles y las columnas así como los grandes relieves colocados en los pilares de los ángulos del claustro, con temas referentes a las Ascensión, Pentecostés, Entierro de Cristo, Descendimiento, Discípulos de Emaús y Duda de Santo Tomás. En la etapa final del románico se construyeron las arquerías que completan el trazado del claustro con intrincadas filigranas propias de un orfebre.