El antiguo término de pagus Tollonensis aparece citado por primera vez en un documento del año 941. Pronto el lugar aparecerá vinculado al templo de Santa María, que con el tiempo se convirtió en el más importante de la Cerdanya.

Con el tiempo pasó a ser una canónica, aunque no está claro en qué momento se produjo esta transformación. Algunas fuentes afirman que podría haber sido a finales del siglo X, mientras que otras fuentes se muestran más prudentes y establecen la existencia de la canónica hacia mitad del siglo XI. Se durante el siglo XI y XII cuando la canónica recibe numerosas donaciones, que hacen que aumente su poder en toda la llanura ceretana.

En el siglo XII el núcleo de Talló perdió protagonismo, cuando Nuno Sanç fundó en 1225 la villa de Bellver. Esta ciudad fortificada fue adquiriendo mucho poder hasta el punto de absorber el núcleo de Talló. Esto no significó la pérdida de poder de la canónica, sino todo lo contrario, ya que en 1.299 el obispo de Urgell, Guillem de Montcada, convirtió Santa Maria de Talló en la sede del arcedianato de la Cerdanya. Desde ese momento, los rectores de Talló ocuparon el cargo de arcediano de Cerdanya.

A partir del siglo XVI la comunidad se traslada a Bellver. El progresivo distanciamiento de los miembros de la canónica con el templo fue aumentando a lo largo de los siglos, potenciado por las diferentes incursiones francesas. Finalmente en 1842 se extinguió la comunidad y la iglesia pasó a ser parroquia rural y santuario mariano.

Sus dimensiones corresponden a la importancia que tuvo en el pasado. Su estructura responde dos etapas constructivas diferentes. La primera es del siglo XI y correspondiendo a la cabecera, formada por un ábside semicircular. Está decorado externamente por un sencillo friso de arcos ciegos de inspiración lombarda. Tres ventanas de doble derrame iluminan su interior, que está cubierto con una bóveda de cuarto de esfera.

A continuación encontramos un presbiterio bastante amplio y más alto que el ábside y la nave. Está cubierto con una bóveda de cañón.

La nave fue construida posteriormente, entre los siglos XII y XIII. Tiene planta trapezoidal y su fábrica es de mejor calidad, con sillares muy bien tallados. La cubierta es de factura moderna, ya que se tuvo que rehacer después de la Guerra Civil. Está dividida en cuatro tramos por arcos fajones, que descansan en pilares adosados ​​a los muros laterales. Estos están reforzados por contrafuertes semicirculares, poco habituales en el románico catalán.

Las ventanas, que iluminan la nave, están situadas en los muros laterales, en el espacio entre los contrafuertes. Son de medio punto y doble derrame.

La fachada se encuentra en el muro oeste. Protegida por un pórtico de factura posterior, se encuentra la puerta de acceso.

Está formada por un sencillo arco de medio punto adovelado, enmarcado por un arco peraltado de dovelas delgadas y largas. Aún conserva buena parte de la fábrica con que estaba decorada.

En la parte superior de la fachada encontramos un gran ojo de buey, flanqueado por dos ventanas de medio punto, muy alargadas. Corona el muro un sencillo campanario de espadaña de dos ojos.

El campanario de torre, adosado al lado norte del presbiterio. Es de planta cuadrada y fue construido en el siglo XVII.

En el extremo opuesto del presbiterio se encuentra la sacristía, que se comunicaba con el exterior con una puerta de medio punto adovelada, actualmente cegada.

Una puerta de características similares, también cegada, se encuentra en el muro sur del templo. En ambos casos comunicaban con las dependencias de la canónica, seguramente con un claustro o patio.

En el interior del templo se venera un copia de la imagen de la Virgen de Talló. Se trata de una talla románica del siglo XIII, que actualmente se conserva en la parroquia de Bellver de Cerdanya. La Virgen tiene al Niño en su regazo, que nos bendice con su mano derecha.