En Valgañón hubo una aparición de la Virgen a la pastora Inés. Al enterarse Fernando III el Santo, visitó la villa junto con su madre Berenguela de Castilla y el obispo de Burgos, consagrando éste la iglesia en 1224.
En ésta podemos observar su ábside muy bien conservado. El templo es de planta longitudinal y la orientación del ábside es hacia Oriente. El primitivo edificio era rómanico, de una sola nave de 32,70 metros de longitud y 7,5 metros de anchura, cubierta con una bóveda gótica de crucería. A lo largo de los años ha sufrido varios añadidos como la sacristía en el siglo XVII que tapó por completo el ábside. Se derrumbó tras unas obras llevadas a cabo en 1995, dejando este al descubierto. El ábside en el exterior se halla dividido en tres paños por haces de columnas y horizontalmente por dos impostas de dientes de sierra. En cada uno de los paños se abren ventanas trilobuladas que en el interior son pentalobuladas. Se adornan configurados a base de personajes y animales en el exterior representando la lucha entre el bien y el mal y con motivos básicamente vegetales en el interior.
Durante el siglo XVIII se lleva a cabo varias reformas, como la construcción en 1773 de las capillas laterales dando al templo forma de cruz y el baptisterio en la parte sur del templo, junto al pórtico.
Las últimas reformas que se llevaron a cabo fueron en 1897 el desmontado de la antigua torre románica, que se encontraba junto a la sacristía, por sufrir esta, según informe del arquitecto Juan Martínez de Maeztu, peligro de derrumbe, construyendo en 1902 la torre actual en la parte suroeste del templo, ascendiendo el importe de la obra a 12.781 pesetas.