La construcción original es gótica del siglo XV, pero en torno a 1.600 se llevaron a cabo diversas obras, producto de las cuales son la cabecera y el crucero del templo. La portada de los pies, que sirve de arranque a la torre, es obra fechable hacia 1550. Por sus elementos arquitectónicos puede considerarse, tanto en traza como en construcción, obra del arquitecto Martín Gainza.

La torre, que se levanta sobre la portada, presenta cuatro cuerpos decrecientes, fechándose los dos primeros en el tercer cuarto del siglo XVI y atribuyéndose a Hernán Ruiz; los dos restantes corresponden a una obra barroca finalizada en torno a 1775El retablo del altar mayor fue concertado por Martín Moreno en 1662 y terminado años más tarde por Francisco Ballesteros. Presenta relieves con escenas de la vida de la Virgen y del martirio de los Santos locales Estratón y Artemidoro, así como esculturas de San Pedro y San Pablo. El retablo colateral izquierdo, presidido por la imagen de la Virgen del Dulce Nombre, presenta tres calles separadas por columnas salomónicas y puede fecharse en el último tercio del siglo XII. Se completa con la imagen de San José y san Juan Evangelista.

El colateral derecho, que está presidido por la virgen del Rosario, que se ve flanqueada por los santos San Sebastián y San Roque. Junto a este altar se encuentra una escultura orante de D. Diego Ponce de León, obra del siglo XVI, fundador y patrono de la citada capilla. En la nave izquierda se sitúa el retablo dedicado a San José, que por estructura y decoración puede fecharse en el último cuarto del siglo XVIII.

De mediados de este siglo es el correspondiente a la Divina Pastora, en cuyo banco aparece una escultura que representa el tránsito de San Francisco Javier. En la nave de la derecha se encuentra un retablo sin dorar con el Cristo Atado a la Columna, atribuido a Ruiz Gijón. En esta misma nave se encuentra el retablo de la Piedad, obra del último tercio del siglo XVII, con algunos elementos posteriores. Sobre los muros se disponen lienzos con escenas del martirio de San Estratón y San Artemidoro, de mediados del siglo XVII. A los pies de la nave se abre la capilla del sagrario del siglo XVIII, presidida por un retablo que tiene por figura central la Inmaculada. En las calles laterales figuran San Luís, rey de Francia, San Roque, y los arcángeles San Rafael y San Miguel. A los pies de la nave central se encuentra situado el coro, compuesto por veintiséis asientos bajos y treinta y cinco altos. Fue realizado por Felipe del Castillo en 1744, se decora con medallones de santos y se articula por medio de estípites. Por estos años se debió realizar el órgano, decorado con temas florales y figuras de ángeles.

En el despacho parroquial se conserva una pintura sobre tabla representando a la Virgen con el Niño entre San Sebastián y San Roque, obra del pintor italiano del siglo XVI Bernardino Luini, y tres cobres flamencos de hacia 1660 con escenas de la Pasión.

La iglesia conserva una buena colección de piezas de orfebrería, entre las que destacan la custodia procesional, finalizada en 1748, formada por tres cuerpos y decorada con figurillas de apóstoles.