Va manar-la construir el rei Sanç Ramírez per mostrar el seu poder davant els propers "infidels". És per això que va fer construir un temple de grans dimensions, només superat en aquell moment per la catedral de sant Pere de Jaca. Originàriament es volia construir un temple de tres naus amb planta basilical, però l'orografia del lloc va impedir-ho.

Així doncs és un temple d'una sola nau acabada en un absis semicircular de grans dimensions. Malgrat tenir una sola nau, sense transsepte, es va construir una cúpula en "el creuer". Exteriorment la cúpula es transforma en un cimbori a mode de llanterna, amb quatre ulls de bou. 

La nau es curta si la comparem amb l'alçada i l'amplada. Novament les limitacions d'espai per culpa de l'orografia en són les culpables. El mur del costat oest és part de la fortalesa de Sanç III el Gran. En la part inteferior d'aquest mur es pot observar la roca sobre la que està construït el castell, mentre que en una de les cantonades  es pot veure l'angle nord-est del temple de Santa Maria de Valverde.

La nau està coberta amb volta de canó, separada dels paraments verticals del temple per una imposta escacada. Els arcs torals tenen grans capitells que estan esculpits amb motius historiats. 

L'absis està dividit en dues parts gràcies a una línia d'imposta esculpida amb escacat jaqués. En la part superior trobem cinc grans finestrals de mig punt de doble esqueixada. Estan decorats amb dues arquivoltes protegides per un guardapols amb escacat. L'arquivolta interior es recolza en un parell de columnes amb capitell historiat. Les dues finestres de l'esquerra van ser cegades en construir els passadissos del castell.

La part inferior de l'absis està decorada amb una galeria de tretze arcs de mig punt cegats. Els capitells on descansen els arcs estan bellament esculpits, essent un dels elements més interessants del temple.

L'exterior de l'absis també és digne de menció. Una línia d'imposta escacada ens marca la separació entre la capçalera del temple de sant Pere i el de l'església inferior. Per altra banda, les columnes contrafort divideixen el tambor verticalment i aguditzen la sensació de verticalitat del conjunt. Aquests absis, juntament amb el mur sud del temple formaven part de la muralla del recinte interior del castell. Això explica que l'absis es coroni amb una estreta terrassa a mode de camí de ronda. Part de l'absis, com ja s'ha comentat, ha quedat ocult per altres dependències del castell, concretament les escales que permeten accedir al recinte del castell antic.

Malgrat ser part de la muralla, els finestrals estan decorats amb arquivoltes recolzades en capitells bellament esculpits. La seva alçada ens impedeix contemplar-los i descobrir els detalls que amaguen.

També estan esculpits els capitells que decoren, tant internament com externament, finestrals del mur sud del temple. La seva alçada i la nul·la il·luminació del temple en fan pràcticament impossible la seva contemplació. A continuació es mostren alguns dels que vaig poder fotografiar.

En el mur nord, mig amagada per les diferents terrasses i escales d'accés al recinte antic del castell, trobem la porta d'accés al temple.  És una senzilla porta de mig punt amb una arquivolta recolzada en dos bells capitells esculpits amb motius vegetals. La protegeix un guardapols amb escacat jaqués. 

Sobre la portalada trobem una finestra amb dos capitells esculpits amb uns nens muntant sobre uns lleons i aus enfrontades pel bec. La seva talla i els motius són diferents a tots els altres trobats a Loarre, el que fa suposar que van ser esculpits per un picapedrer diferent.