El monasterio de Santillana del Mar, establecido en su actual localización, tuvo su origen, posiblemente, en los primeros años de la repoblación o a lo largo del siglo IX. Pero la primera noticia de la existencia de un monasterio en Santillana es la cita del abad Sonna, que debió regirlo hacia el 930. Establecido ya a finales del X (980), con el abad Indulfo, va ampliando sus dominios. Se tiene gran devoción a santa Juliana de Bitinia, "quius corpus tumulatum est in villa Planes". Planes era el nombre de este valle en la Edad Media. Las semejanzas de esta construcción con las de san Isidoro de León o de san Martín de Frómista, llevan a situarla a mediados del siglo XI en adelante, y, en todo caso, antes de la mitad del XII. Tal vez fuera en tiempos de Fernando I, primer rey de Castilla, que concede en 1045 un fuero a la abadía, por lo que ésta estaba en buenas disposiciones para empezar la construcción de su templo. Lo más interesante de esta construcción es el capítulo escultórico.

En esta puerta sur, destacan los capiteles desgastadísimos de algunas de las columnas, todo ellos animalísticos y bastante toscos. Sobre las arquivoltas, y bajo una cornisa, están, en fila seguida, unas figuras humanas, muchas de ellas descabezadas. Están talladas en la misma piedra del muro. En la enjuta izquierda está el clásico grupo de Adán y Eva en el Paraíso. En la de la derecha, hay tres figuras firmes, de pie, sin cabeza, tal vez tres sacerdotes o monjes. En lo alto, sobre la clase, centrando al resto de relieves, un Pantocrator dentro de la mandorla al que sostienen cuatro ángeles en posición horizontal. A uno y otro lado, dos figuras de difícil interpretación. Esta disposición es bastante frecuente dentro del románico.

La cabecera recuerda la de la catedral de Jaca o la de san Isidoro de León. El ábside central, con tres ventanales,  es más alto que los laterales, con dos ventanales. Los tres se alzan sobre un alto cilindro liso sobre el que se apoyan columnas que rematan en un capital. El alero del tejado está ornado con canecillos.

La iglesia es de plan basilical con tres naves, la central más ancha que las laterales y tres ábsides. Los soportes son pilares. El crucero no destaca en planta, pero sí en alzado. Una cúpula de media naranja, muy desfigurada por reformas posteriores, cubre el cimborrio montada sobre pechinas. Los cuatro nervios que cruzan la cúpula (como en  la catedral de Jaca) posiblemente sean originales.
La separación de la nave central de las laterales se hace con arcos formeros de medio punto, más o menos rebajados, como ocurre en san Martín de Frómista y en San Isidoro de León.
El abovedamiento primitivo de las naves de Santillana no existe. Se nota que la basílica ha tenido dificultades de sostén, por lo que hubo que distorsionar la planta como consecuencia del descontrol del equilibrio. Las actuales bóvedas debieron colocarse en el siglo XIII avanzado. Son bóvedas de nervios cuatripartitas y sexpartitas. No se sabe cómo fueron las bóvedas primitivas., aunque tal vez fueran de cañón de medio punto, como en Frómista o San Isidoro.  Aunque también podría haber estado cubierta de madera, como ocurre en otras iglesias montañesas, como san Martín de Elines.