Fundada a mediados del siglo XI, está considerada como la parroquia más antigua de Valladolid.

Lo cierto es que en el siglo XII, la advocación cambió a la de San Miguel.

La iglesia levantada por los Reyes Católicos, que seguía la orientación canónica (pues se levantaba sobre la anterior del siglo XI), era, según el dibujo de Ventura Pérez, de estilo tardogótico, construida en piedra y con potentes contrafuertes entre los que se abrían ventanas rasgadas con arcos ojivales y de medio punto.

El retablo mayor fue labrado hacia 1606 por Gregorio Fernández y algunas esculturas procedentes del mismo se conservan en la actual iglesia.

En 1551, San Francisco de Borja visita Valladolid, con lo que la fundación queda consolidada.

Cinco años más tarde, se envían las trazas del templo a Roma para su aprobación, como era preceptivo en la Compañía.

En 1580 comienzan las obras y debió de terminarse la iglesia en los últimos años del siglo XVI.

En 1625 falleció la Condesa Viuda de Fuensaldaña, siendo enterrada junto a su esposo en la capilla mayor de la iglesia, en el lado del Evangelio; dejó a la Casa Profesa todos sus bienes, pues los condes no habían tenido descendencia.

Ambas parroquias, ya unidas, entraron en la antigua iglesia jesuítica, ahora Real Parroquia de San Miguel y San Juilán y Santa Basilisa, pues la Corona había asumido el patronazgo.

La cubrición se realiza mediante bóvedas de cañón con lunetos en la nave y los brazos del crucero, con cúpula vaída sobre pechinas en el tramo central del crucero y con bóveda de aristas las capillas laterales.

En el exterior, sobresale la cúpula del crucero, revestida con un bajo cimborrio cuadrado rematado con tejado a cuatro aguas.

Remata en frontón triangular, con óculo en el tímpano y sobre sus tres vértices las típicas esferas del clasicismo postescurialense.

En la cabecera del templo se dispone una espadaña de dos cuerpos y cuatro huecos para campanas, rematada con frontón.

Álvarez talló los relieves sobre la vida de Jesucristo (Nacimiento, Presentación en el templo, Resurrección y Venida del Espíritu Santo).

Los condes se encuentran enterrados en un nicho cuya arquitectura realizó Francisco de Praves hacia 1611, situado en un lateral del presbiterio.

Las figuras de los condes, en oración y arrodillados en sus reclinatorios, fueron labradas en alabastro por Gregorio Fernández hacia 1620.

Los dos retablos colaterales, de idéntica factura, fueron realizados en 1613 por los ensambladores Cristóbal, Francisco y Juan Velázquez.

Desde un determinado ángulo es posible ver, en la boca entreabierta, el velo del paladar.

A sus pies reposan dos cojines que contienen la corona de espinas y los clavos.

Esta imagen portaba en su cabeza una corona y su mano derecha, hundida contra el pecho, tenía los siete cuchillos.

En el cuerpo del retablo se halla una hornacina, profusamente decorada con espejos y tallas, que acoge El Monte Calvario, conjunto escultórico de tamaño algo inferior al natural, de Pedro de Sierra (segundo tercio del s. XVIII), y que muestra a Cristo crucificado, mirando a la Virgen y a San Juan, mientras que María Magdalena se encuentra arrodillada abrazando la cruz por detrás.

En el ático, se encuentra una piedad del círculo de Alejandro Carnicero.

En el coro, que se encuentra a los pies de la iglesia, sobre una tribuna construida en 1904 y que sustituye a la anterior, más reducida, existe un órgano de estética sonora romántica, realizado por la Casa Quintín Rufiner de Valladolid en 1919; el mueble que aloja los tubos y maquinaria del instrumento es del siglo XVIII.