Entre los siglos X al XIII se construyeron distintas iglesias de las que quedan escasos restos arquitectónicos en el subsuelo de la actual iglesia y diversos elementos decorativos en el museo del monasterio. Únicamente se mantiene de la última construcción románica el brazo meridional del transepto, que actualmente es un espacio de tránsito hacia la sacristía, la capilla barroca dedicada a Santo Domingo, y la puerta de Las Vírgenes por la que se accede desde el transepto al claustro.

A pesar de estos pocos restos las sucesivas y desaparecidas iglesias de Silos han suscitado un amplio interés de los historiadores del arte para determinar la cronología e historia constructiva del monasterio y por su relevancia para conocer la arquitectura de los reinos cristianos en estos siglos. Por otra parte, los restos arqueológicos y arquitectónicos, las diversas referencias documentales y los planos levantados cuando se destruyeron las construcciones medievales para levantar la iglesia neoclásica, han posibilitado la elaboración por los investigadores de diversas propuestas cronológicas y etapas constructivas, así como la reconstrucción de los espacios arquitectónicos.

De forma sintética señalamos las diversas iglesias cuyas reformas y ampliaciones se van superponiendo unas con otras. La primera iglesia prerrománica del siglo X de la que quedan escasos restos en el subsuelo, posiblemente tenía una pequeña nave rectangular, con posible puerta a los pies y en el muro meridional, y cabecera cuadrada. A mediados del siglo XI con la llegada del Domingo y la renovación del monasterio se efectúa la construcción de un nuevo templo de mayores dimensiones: una iglesia de tres naves y cuatro tramos, divididos por pilares circulares, y cabecera de triple ábside, semicirculares en el interior y rectos al exterior; probablemente tuviera varias portadas en sus tres fachadas, conectando las del muro sur con el claustro.

La primera intervención románica, realizada entre finales del siglo XI y primeros años del siglo XII, supuso la ampliación oriental del templo, sustituyendo la cabecera anterior por una nueva formada por tres ábsides semicirculares y una nave que debió tener un cimborrio octogonal según las referencias documentales. Esta ampliación románica es la denominada iglesia alta u oriental, que completaba la iglesia baja occidental prerrománica. La segunda intervención románica se centró en la construcción del transepto que se efectuaría entre los años 1120-1130 y del que se conserva en la actualidad el brazo meridional. En su lado occidental se abre la puerta de las Vírgenes que comunica con el claustro.

Hacia mediados del siglo XII se prolongó el antiguo templo prerrománico en su parte occidental, construyendo dos nuevos tramos y una fachada a los pies, de la que hay referencia en antiguos planos. En esto momentos también se debió construir la torre situada en el lado norte.

Las últimas intervenciones románicas, efectuadas en las tres últimas décadas del siglo XII, consistieron en la construcción de un pórtico en el lado norte de la iglesia, que conectaba con el núcleo de población. Su existencia está constatada por el importante número de restos arqueológicos, por referencias documentales y planimétricas. El tímpano de la portada que comunicaba este espacio con la iglesia forma parte de los fondos custodiados en el museo del monasterio.