Das Benediktinerinnenkloster wurde zwischen dem 12. und 13. Jh. gegründet, in jenem Zeitalter herrschten die ästhetischen Postulate der Spätromanik vor. Das Nonnenkloster in Villamayor wurde im 14. Jh. von Bischof Gutierre de Toledo aufgelöst und 1530 endgültig dem Kloster San Pelayo angegliedert.
Später wurde es zum Priorat zurückgestuft. Die Kirche wurde aufgegeben, dann als Friedhof genutzt und säkularisiert. Später wurde auf der Grundfläche des Kirchenschiffes ein neues Gebäude errichtet, das zuerst als Gefängnis und ab 1910 als Schule diente.
Heute ist vom romanischen Bau nur der Chor und der Anfang des Schiffes mit dem Südportal der Kirche erhalten. Der Grundriss besteht aus einem einzigen rechteckigen Schiff mit einem Presbyterium, das aus einem geraden Joch und einer halbrunden Apsis gebildet wird. Das Schiff und das Joch der Apsis haben ein Tonnengewölbe, die halbrunde Apsis hingegen ein Viertelkugelgewölbe.
An die Außenfassade der Apsis sind zwei Säulen angebaut, deren Kapitelle mit pflanzlichen Motiven dekoriert sind. Sie wird umfasst von einem Dachgesims mit schachbrettartigem Muster auf Sparrenköpfen und Metopen. In der Mitte öffnet sich ein Fenster mit Säulen, deren Kapitelle mit pflanzlichen Motiven dekoriert sind. Es wird eingerahmt von zwei schachbrettartigen Streifen. Von innen wird die Apsis von einem Blendbogenwerk aus acht Bögen umringt, das von einem Triumphbogen mit schachbrettartigem Zierprofil überragt wird. Die Kapitelle sind mit pflanzlichen Motiven dekoriert.
Es hat sich nur das Südportal erhalten, das sich auf den Platz und die neue Pfarrkirche öffnet. Es besteht aus drei schmucklosen Archivolten und wird durch ein Gesims mit Sparrenköpfen und Metopen geschützt. Die Kapitelle sind mit pflanzlichen oder bildlichen Motiven dekoriert, unter denen das Kapitell am rechten Türpfosten hervorsticht, das eine Abschiedszene zeigt: "Dame und Edelmann mit Falken".
