La iglesia fue la primitiva parroquia de la desaparecida aldea de Barrio de Santa Olalla, donde la tradición situa la existencia de un despoblado, junto a la iglesia, del que todavía se conservan restos constructivos. Es una iglesia de nave única articulada en cuatro tramos y ábside semicircular precedido de tramo recto. Sobre el hastial oeste se alza una pequeña espadaña. La nave se cubre con bóveda de cañón apuntado dividida en tres arcos fajones. Una pequeña ventana de tipo saetero abierta en el muro occidental ilumina el interior. El arco triunfal apuntado y de triple rosca separa la nave del prebisterio. Todos los capiteles de la nave llevan cestas lisas decoradas con motivos vegetales mientras que algunas basas de las columnas tienen unos dientes triangulares. En el exterior, los muros de nave y del ábside muestran canecillos de proa de nave.
La portada abierta en el muro norte se compone de cuatro arquivoltas apuntadas decoradas con baquetones lisos. Los cimacios se decoran con hojas de palma de las que nacen máscaras. Descansan estas arquivoltas en dos semicolumnas y dos columnas exentas a cada lado, ornadas con capiteles vegetales similares a los que encontramos en Rebolledo de la Torre. Las tres ventanas del ábside llevan también decoración con un capitel con la representación de Adán y Eva, capitel con arpías enfrentadas y grifo atacando a un león.
Interesantes también son las pinturas que conserva la iglesia en el muro del ábside y en el muro sur de la nave. Representan diferentes escenas, encuadradas en cartelas, referidas al Juicio Final y a los castigos infernales. Aunque los estudiosos no se ponen de acuerdo en su cronología (varía desde el origen románico de mediados del siglo XII hasta el gótico de más allá del 1300), estas pinturas son uno de los ejemplos mejor conservados y más interesantes de la pintura medieval en la provincia de Palencia.
A tenor de lo expuesto, podemos afirmar que la iglesia románica se construyó durante los últimos años del siglo XII y principios del XIII.
