Alcanza su mayor desarrollo en el siglo XVI gracias al impulso y el deseo del abad Íñigo López de Mendoza y Zúñiga, miembro de la familia noble de los Condes de Miranda del Castañar quien, junto con su hermano Francisco de Zúñiga Avellaneda y Velasco, III Conde de Miranda, inician en 1522 las obras de ampliación, añadiendo al cuerpo de la iglesia primitiva la capilla mayor y el crucero-cabecera de planta octogonal y cúpula sobre trompas, obra de los arquitectos Sebastián de Oria (fallecido en 1542) y Pedro de Rasines, Juan de Rasines y Juan de Vallejo, este último constructor del cimborrio de la catedral de Burgos.