Fue edificada por los emigrantes palentinos que llegaron a Zamora en la época de repoblación de la ciudad, para  venerar la talla de la Virgen de San Antolín,  descubierta por Sancho III de Navarra cuando estaba de caza.

El año 1100 fue proclamada patrona de Zamora y se procedió a edificar el templo. Su estructura todavía mantiene elementos románicos. La espadaña es gótica, mientras que  la cabecera  y las bóvedas se construyeron con estilo gótico-flamígero. Originariamente el acceso al templo se realizaba desde los pies de la nave, dónde todavía se puede ver la puerta de medio punto, hoy tapiada. Sobre ella se abre un pequeño ojo de buey.