Sobre l'església mossàrab es va construir una de nova per ordre del rei Sancho Ramírez. El 4 de desembre de 1049 va ser consagrada. Els absis estan excavats directament a la roca.

Tenen forma semicircular decorats amb una bella arqueria cega. Els arcs es recolzen en capitells, molt deteriorats, però esculpits amb motius geomètrics. La majoria de columnes han estat reconstruïdes. Per sobre dels arcs es pot veure una motllura decorada amb un escacat. Aquest és diferent a l'habitual, ja que té sis fileres en lloc de tres.

Els tres absis s'uneixen a la nau a través de tres trams presbiterials coberts amb volta de canó. En aquest punt es comuniquen els absis a través d'uns senzills arcs de mig punt.

Malgrat tenir una triple capçalera, el temple té una única nau. La volta del primer tram la forma la pròpia roca sota la que està edificat el monestir. Els altres tres trams estan coberts amb volta de canó, reforçada amb arcs torals.

El mur que hi ha als peus de la nau ha estat profundament reconstruït. Fruit d'aquesta reconstrucció es van crear les tres finestres superiors actuals i es va refer la gran arcada, a la que se li va afegir un crismó. Aquesta arcada es creu que era la porta principal del temple i no una finestra com en l'actualitat. Donava accés a unes estances monàstiques avui desaparegudes.

El mur del costat dret del temple conté fragments del l'església consagrada l'any 1025. En ella podem veure unes arcades cegues de mig punt i una imposta decorada amb un escacat molt arcaic. En aquest mur també podem trobar una porta amb arc de ferradura adovellat d'estil mossàrab. Comunica el temple amb el claustre. En la part exterior es pot llegir una inscripció que diu: "Per aquesta porta s'obre el camí del Cel als fidels + que uneixin la fe amb el compliment dels manaments de Déu"

A l'altra banda del temple, a la mateixa alçada que aquesta porta, trobem la porta que ens condueix cap el panteó dels nobles. Es tracta d'una porta formada per dos senzills arcs de mig punt.

En l'absis principal, sobre l'ara d'altar, es troba una rèplica del Sagrat Calze que es conserva en la Catedral de València. Segons la tradició és el calze amb que Crist celebrà el Darrer Sopar i que va estar custodiat un temps entre aquests murs.