Entre os séculos X e XIII foram construídas várias igrejas, das quais apenas restam alguns vestígios arquitetónicos na cave da igreja atual e vários elementos decorativos no museu do mosteiro. Da última construção românica resta apenas o braço sul do transepto, que é atualmente uma zona de passagem para a sacristia, a capela barroca dedicada a São Domingos e a porta das Virgens, pela qual se acede do transepto ao claustro.

Apesar destes escassos vestígios, as sucessivas igrejas de Silos, que desapareceram, despertaram o interesse dos historiadores da arte para determinar a cronologia e a história da construção do mosteiro e a sua relevância para a compreensão da arquitetura dos reinos cristãos nestes séculos. Por outro lado, os vestígios arqueológicos e arquitetónicos, as diversas referências documentais e os planos elaborados aquando da destruição dos edifícios medievais para a construção da igreja neoclássica, permitiram aos investigadores a elaboração de diversas propostas cronológicas e fases de construção, bem como a reconstrução dos espaços arquitetónicos.

De forma sintética, assinalámos as várias igrejas cujas alterações e ampliações se sobrepõem umas às outras. A primeira igreja pré-românica do século X, da qual pouco resta no subsolo, tinha possivelmente uma pequena nave retangular, com uma possível porta ao pé e no muro parede sul, e uma cabeceira quadrada. Em meados do século XI, com a chegada de Domingos e a renovação do mosteiro, foi construída uma nova igreja de maiores dimensões: uma igreja com três naves e quatro tramos, divididos por pilares circulares, e uma cabeceira de triplo abside, semicirculares no interior e retos no exterior; tinha provavelmente várias portas nas suas três fachadas, ligando as do muro sul ao claustro.

A primeira intervenção românica, realizada entre os finais do século XI e os primeiros anos do século XII, consistiu na ampliação oriental do templo, substituindo a anterior cabeceira por uma nova formada por três absides semicirculares e uma nave que, segundo as referências documentais, deveria ter um zimbório octogonal. Esta ampliação românica é a chamada igreja alta ou oriental, que completava a igreja baixa ocidental pré-românica. A segunda intervenção românica centrou-se na construção do transepto que seria realizada entre 1120-1130, do qual ainda hoje se conserva o braço sul. No seu lado ocidental, encontra-se a porta das Virgens, que dá acesso ao claustro.

Em meados do século XII, o antigo templo pré-românico foi ampliado na sua parte ocidental, construindo-se duas novas secções e uma fachada ao pé, da qual há referências em plantas antigas. A torre do lado norte também deve ter sido construída nesta altura.

As últimas intervenções românicas, realizadas nas últimas três décadas do século XII, consistiram na construção de um pórtico no lado norte da igreja, que fazia a ligação com o centro da vila. A sua existência é confirmada pelo grande número de vestígios arqueológicos, referências documentais e planimétricas. O tímpano do portal que ligava este espaço à igreja faz parte dos fundos custodiados no museu do mosteiro.