La iglesia, construida en sillería de granito, forma parte de la estructura inicial del Monasterio, concluida en 1454. Consta de una cabecera cuadrada, una nave rectangular y un coro.
El retablo principal fue realizado con madera de pino y cedro por Alonso Rodríguez Lucas, y se terminó 1671. Al año siguiente se procedió a su dorado por Diego Díaz. En su última restauración se ha constatado que detrás existe oculto otro de yesería, obra mudéjar del siglo XV.
El retablo se concibe como un arco del triunfo que aloja en su interior un retablillo, donde se dispone el sagrario, el expositor y los nichos con las imágenes. La Virgen del Valle preside el retablo, flanqueada por Santa Clara y San Francisco. Este esquema culmina con un ático, que acoge un lienzo de la Santísima Trinidad, coronado por un entablamento curvado con cartelas y guirnaldas, al que flanquean trozos de frontón curvo y escudos de la Casa de Feria.
La nave central está reformada. En el siglo XV su altura era menor y su cubierta sería de madera. En el XVII se sustituyó por una bóveda con lunetos en tres tramos. El coro se sitúa a los pies de la iglesia, separado de ésta por la reja de hierro forjado, que permite a las monjas contemplar el altar desde la sillería. Otros elementos destacables de la Iglesia son la capilla-relicario y el panteón de los Suárez de Figueroa.
Juana Dormer, primera duquesa de Feria, manda construir a finales del siglo XVI una capilla para el devocionario de reliquias. La capilla es una pequeña estancia de planta rectangular, construida aprovechando el grosor del muro de la nave de la iglesia y extrayendo parte de la galería oriental del claustro del convento.
El panteón de la Casa de Feria está ubicado en la Iglesia y se define por los gustos religiosos y artísticos de cada uno de sus miembros. Los primeros Señores de Feria fueron inhumados en el coro, donde se construyeron las bóvedas para el enterramiento de las religiosas conventuales. Lorenzo II, primer conde, manda construir una bóveda de enterramiento en el Altar Mayor, donde reposarán casi todos los miembros de la Casa de Feria, con la excepción de Lorenzo IV, segundo duque, quien mandó erigir una capilla funeraria que hiciese honor a la nueva dignidad del linaje. Su construcción, obra de Bartolomé González, se realizó en 1616. El oratorio es conocido hoy como la capilla de San José.
