Les primeres notícies de Romanillos les trobem l'any 1197 en un concòrdia establerta entre el bisbe de Sigüenza i els clergues de les poblacions dels voltants de Medinaceli.

L'església es va aixecar en el segle XII, però va ser reformada la seva capçalera en el segle XVII.

La nau encara és la del temple romànic. Està coberta amb una volta apuntada, que es divideix en quatre trams gràcies a tres arcs torals, també apuntats, que descansen en columnes adossades. Els seus capitells són de temàtica vegetal. Els murs estan fets amb carreus de pedra sorrenca.

La porta s'obre en el mur sud. Està formada per quatre arcs de mig punt en gradació.

L'interior és llis, mentre que la resta estan decorats amb boles i motllures en forma de bossell i mitges canyes.

Els tres arcs exteriors descansen en parelles de columnes, els capitells de les quals són de temàtica vegetal i traces molt esquemàtiques.

Sobre la clau de l'arc exterior, hi ha un carreu quadrat en el que hi ha esculpit un crismó. Es tracta d'un crismó típic del romànic aragonès i navarrès, però gens habitual en terres sorianes.

En el mur oest, junt a la torre campanar, s'obria una altra portalada, molt més modesta i actualment cegada.

Està formada per un arc de mig punt, que descansa en dues columnes amb els capitells de tipus vegetal.

Sobre la porta hi ha un forat quadrat, on probablement va haver-hi un altre crismó, ara desaparegut.

El mur nord també és particular, o si més no poc habitual a la zona. Està decorat amb tres franges verticals, que són els contraforts dels pilars on descansen els arcs torals.

També en aquest mur podem veure dues finestres d'una sola esqueixada.

Sota la teulada d'aquest mur i del sud , podem veure mènsules esculpides, de senzilla factura. La majoria tenen forma de nacel·la, de proa de vaixell, rotlles i també trobem dos personatges en actituds obscenes. Aquests dos estan molt erosionats degut a la censura i la incultura.

A migjorn del temple trobem nombrosos enterraments antropomorfs excavats a la roca.