El espléndido templo, un compendio del románico castellano, está definido por un triple atrio de columnas y tres ábsides, una torre mudéjar que ocupa el espacio del cimborrio. Especial interés poseen los capiteles labrados, la placa de mármol con la efigie de San Martín situada en el exterior del ábside y las cuatro estatuas columna de la fachada.

En su interior se pueden contemplar un tríptico del pintor flamenco Adrián Isembrandt, varias pinturas del primitivo castellano conocido como Maestro de las 11.000 vírgenes, un Cristo yacente atribuido a Gregorio Fernández y un San Francisco de Pedro de Mena.