Su construcción se debe al repoblador de Valladolid Pedro Ansúrez en el siglo xi.
La colegiata, en territorio del obispado de Palencia, tenía sin embargo una vinculación directa con la Santa Sede.
[3] La primera construcción se llevó a cabo en tiempos del conde Pedro Ansúrez.
No hay demasiados datos de esta obra, puesto que la segunda construcción se superpuso a ella.
Las proyecciones de estos nervios atravesarían a media altura las ventanas que se ven ahora en los muros.
Se decidió entonces derribar el primitivo templo románico, levantando en su lugar un gran edificio de nueva planta.
La planta proyectada era de tres naves, con capillas hornacinas y dos torres exentas en la fachada.
Desde 1965, estas salas albergan los fondos del Museo Diocesano y Catedralicio de Valladolid.
[9] Gracias a esta utilización, hoy se conservan algunos elementos arquitectónicos del edificio gótico.