Construida en sillería de piedra caliza. El edificio sufrió sucesivas reformas y ampliaciones; el primitivo, del que quedan algunos restos como la torre y partes del ábside, nave central y pilares de la misma, se erigió en el siglo XII. En el siglo siguiente y en el XIV se amplió con las naves laterales, portadas nuevas y sus bóvedas. Durante los siglos XV y XVI se reedificaron los tramos de los pies de la nave central, el presbiterio, el hastial occidental, el remate del costado norte y capillas salientes del lado sur, así como la mayoría de las bóvedas naves que se sobrepusieron a las antiguas. La sacristía se adosó a la cabecera en el siglo XVII y en el XVIII se levantó la capilla del nordeste. En 1986 se realizó una restauración de diversos elementos interiores destruyéndose las bóvedas y otros adheridos apareciendo debajo los de etapas precedentes, como la bóveda apuntada románica de la nave central y las bóvedas de crucería sencilla, así como algunos soportes antiguos.
Tiene planta basilical de tres naves y seis tramos separados por pilares compuestos de distinta configuración que soportan arcos ojivales (nave central y del Evangelio) y de medio punto (Epístola); la central se corresponde con la única del primitivo templo románico, las laterales de menor anchura y altura; todas las bóvedas son de crucería sencilla o de terceletes y combados. Un sólo ábside por presbiterio en el eje, obra de comienzos del siglo XVI, poligonal y con cuatro potentes contrafuertes radiales al exterior.
El rectángulo de la planta se rompe al nordeste con la apertura de una capilla funeraria de planta cuadrada y cúpula rebajada construida en 1728 por doña María García Ramírez Cornejo Guzmán y su hija, al sudeste con otra más (principios del XVI) de dos tramos con bóvedas de terceletes y combados, y al oeste con la torre de planta cuadrada, desplazada hacia la nave de la Epístola; es obra del siglo XII y tiene seis cuerpos marcados por líneas de imposta, los tres primeros macizos, el cuarto con ventana de arco de medio punto en cada frente, dos el quinto y tres el sexto y estos tres con columna doblando las esquinas.
También la sacristía sale de la planta al disponerse adosada en el muro oriental del testero de la nave de la Epístola; es obra del siglo XVII y se distribuye en dos habitaciones.
El templo tuvo diferentes puertas de acceso que se conservan cegadas, una apuntada con triple arquivolta al norte, otra de medio punto al oeste, y dos al sur, una apuntada y con triple arquivolta y la última, similar a la anterior y única practicable en la actualidad. Otra más se sitúa en el interior en el coro bajo.
Entre las numerosas preseas del edificio destaca el retablo mayor, obra de Juan de Valmaseda y Juan de Cambray (S. XVI); otro en la nave de Evangelio con tablas atribuidas al Maestro de Calzada, así como otras pinturas repartidas por el recinto; otro retablo con pinturas del estilo de Juan de Villoldo y una copia de Cranach.
Autor: C. Rodicio Rodríguez.
Bibliografía: R. NAVARRO GARCIA, Catálogo monumental de la provincia de Palencia, T. IV, Palencia, 1946; M.A. GARCIA GUINEA, El arte románico palentino, Palencia, 1961; J.J. MARTIN GONZALEZ y otros, Inventario artístico de Palencia y su provincia, Madrid, T. I, 1977; B. GARCIA VEGA, Torremormojón. Iglesia de Santa María del Castillo, Palencia, 1992; VV.AA., Enciclopedia del Románico en Castilla $y$ León. Palencia., T. I-II, Aguilar de Campoo, 2002.