L'église actuelle, de style gothique pur, a commencé à être construite au début du XVIème siècle, sur une église romanesque, construite lorsque le diocèse d'Oca s'est déplacé à Gamonal en 1075. 

Elle présente un plan en croix latine, un transept et une abside quadrangulaire; au pied de l'église se trouve une puissante tour. Dans le portique, on peut voir une scène polychrome du couronnement de la Vierge Marie et une porte mudéjar. À côté du portique se trouve un transept du XVe siècle lié au chemin de Saint-Jacques-de-Compostelle.

Nuestra Señora la Real y Antigua comptait de nombreux fidèles parmi l'oligarchie de Burgos, notamment des membres de la lignée des Pérez Giralte, dont on peut voir le blason sur les portes d'entrée de l'église, sculptées dans un style purement mudéjar au début du XVe siècle.