La tradició ens diu que els comtes de Liébana, Alfons i Justa, van construir aquest temple en l'any 925 per allotjar-hi les restes de Santo Toribio. Eren els senyors més poderosos de la zona i volien tenir les relíquies sota el seu control. El comte al capdavant de cinquanta dels seus millors homes va entrar en el monestir disposat a emportar-se per la força les relíquies. No va fer cas dels precs i protestes dels monjos i va ordenar als seus homes que trenquessin el sepulcre del sant. Tan bon punt els homes del comte van començar a atacar el sepulcre, van quedar cecs. El comte va entendre que Santo Toribio no volia abandonar el monestir i va demanar clemència al sant i als monjos que intercedissin per ell. Les pregàries van tenir efecte i el comte i els seus homes van recuperar la vista. En agraïment, el comte va donar totes les seves possessions de la zona al monestir, entre elles l'església de Santa Maria i la de Sant Romà.

La planta del temple ens denota una complexitat constructiva molt important. Té una compartició d'espais heretada de la tradició hispanovisigoda. Té tres naus, la central molt més ampla i alta que les laterals, excepte en els trams de la capçalera i dels peus.

Estan  separades per arcs de ferradura, els quals descansen en columnes adossades a pilars de planta quadrada.

Els capitells són un dels elements més interessants de l'edifici. Són de tipus corinti i finament tallats.

La capçalera està orientada a l'est. Està formada per tres capelles planes, la central més avançada que les laterals.

La coberta dels diferents espais del temple es realitza de forma independent amb voltes de canó. Les de la nau central i dels absis estan orientades longitudinalment, mentre que en les naus laterals estan disposades transversalment.

Les teulades es recolzen en modillons amb lòbuls de clara factura mossàrab.

Estan esculpits amb motius florals i esvàstiques, de tradició romana i visigoda.

Sota els medallons podem veure una línea d'imposta, esculpida amb motius vegetals i geomètrics.

En la façana sud es troba l'actual porta d'entrada, protegida per un porxo. Tots dos elements daten del segle XVIII, tal i com es pot comprovar amb la inscripció que figura sobre la porta, on es va esculpir la data de 1794.

La porta original es trobava en el mur oest, però les inclemències meteorològiques van obligar a buscar un nou emplaçament.

Adossada al mur nord trobem la sagristia, afegida posteriorment.

La torre campanar es va construir a principis del segle XX en estil neo-mossàrab, sense que s'hagi pogut demostrar l'existència prèvia d'aquest element.

En l'interior del temple destaca la gran llosa de pedra que podem trobar en el presbiteri. Està decorada amb cercles que tenen diversos motius radials.

Aquesta llosa es va trobar l'any 1971, quan en unes obres de restauració es van aixecar les lloses del paviment. Es creu que servia de sostre a una cripta, que existeix sota el temple i que encara no s'ha estudiat.