Ha estado en manos de diferentes órdenes religiosas; en 1079 Alfonso VI de Castilla lo entregó a los monjes cluniacenses. En 1487 el Papa lo cedió como encomienda a Rodrigo de Borja, que más tarde sería el Papa Alejandro VI, lo que significa que desde esta fecha hasta 1513 Santa María fue una abadía independiente. Desde fines del S. XIX, tras el gran deterioro y expoliación que sufrió a causa de la desamortización, lo gobierna una comunidad de franciscanos.

La iglesia primitiva, construida entre 1044 y 1056, era de estilo románico, posteriormente, a lo largo del S. XV y XVI se volvió a reconstruir. Tiene tres naves de cinco tramos de distinta altura con crucero y triple cabecera rectangular. Las bóvedas son de crucería y de crucería de terceletes en cabecera mayor, brazo del crucero y último tramo de la nave de la epístola. Un triforio recorre el crucero y la cabecera que al exterior presentan, a modo de estribos, seis torreones defensivos redondos.

Uno de los elementos más bellos es el coro con una de las mejores sillería del arte español. Su estilo es gótico florido y fue realizado hacia 1495. Bajo él está el Panteón Real con las estatuas orantes de los reyes fundadores, destacando de entre todos los sepulcros el sarcófago románico de Doña Blanca de Navarra. En el centro del panteón, excavada en la roca, se encuentra la entrada a la cueva en la que según la tradición el rey García encontró la imagen de la Virgen.

También destacan el Claustro de los Caballeros -sepulcro de numerosos nobles-, es una de las joyas de la arquitectura en La Rioja. Y la Capilla de la Veracruz, mandada construir por la reina de Portugal Doña Mencia López de Haro y que alberga su sepulcro y los de sus hermanos, así como el del gran poeta Garcilaso de la Vega.