Las primeras noticias que nos han llegado de esta  abadía datan del año 851. Se tenía constancia de la existencia de un presbiterio mozárabe cordobés en este recinto monástico, lo que hace pensar que sus orígenes datan de la época carolingia.

La campaña de saqueos llevada a cabo por Abderramán III en Pamplona, con la destrucción de la catedral provocó que la monarquía y el obispado se trasladaran al monasterio en el año 924. De este modo se estableció una tradición por la que durante muchos años los obispos de Pamplona fueron escogidos entre los monjes de Leyre. También durante décadas los reyes de Navarra establecieron Leyre como su templo preferido, convirtiéndolo en panteón real. De esta época quedan pocos restos de construcciones. Bajo el pavimento de la nave gótica actual se conserva el trazado de un templo anterior formado por tres naves cortas. Parece ser que este fue el primer templo edificado en Leyre.

A finales del siglo X se decidió ampliar la edificación existente y se inició la construcción de la actual cabecera románica. Fue consagrada en el año 1057, junto con la cripta. Está formada por tres ábsides semicirculares sin casi ninguna decoración exterior. Únicamente se pueden ver canecillos decorados bajo la cornisa del tejado. En ellos podemos ver cabezas de hombres, animales, bolas y otras figuras. Se abren en el muro unas ventanas de medio punto dispuestas en dos niveles diferentes. En el nivel inferior, correspondiente a la cripta, encontramos una ventana en cada ábside lateral y dos en el central. El nivel superior, en cambio, sólo hay una ventana en cada ábside, si bien se trata de ventanas de grandes dimensiones.

Por encima de los ábsides se divisa la imagen de la torre campanario de base cuadrada del siglo XI. Tiene ventanas geminadas, formadas por tres arcos, en los cuatro lados. Las columnas y capiteles que sustentan estos arcos no tienen ninguna decoración. A su lado podemos ver una espadaña del siglo XIV.

Lo más interesante de este conjunto monástico, sin duda, es su cripta. Situada bajo la cabecera románica está formada por un bosque de columnas desiguales, con grandes capiteles. Se distinguen cuatro naves acabadas en tres ábsides semicirculares, ya que la nave central fué dividida en dos para asegurar la estabilidad de todo el conjunto. Las naves se dividen en cuatro tramos y están cubiertas con bóvedas de cañón. Dos pilares y ocho columnas con grandes capiteles soportan los arcos fajones fuertemente peraltados y los arcos formeros. Cuatro capiteles están decorados con unos motivos muy sencillos como son arcos, estrías y bolas.

La sensación que produce al visitando esta cripta es indescriptible. Se trata de un recinto único en el románico. Las dimensiones de sus columnas y su composición la hacen tan especial. Lástima que el ritmo trepidante de las visitas guiadas no permito disfrutar con tranquilidad este recinto.

La iglesia superior sigue la misma estructura de la cripta, si bien en este caso se ha mantenido la estructura de tres naves y tres ábsides semicirculares. Las naves tienen dos tramos y están cubiertas con bóvedas de cañón sostenidas por cuatro pilares cruciformes. Las columnas adosadas a los pilares no tienen base y los capiteles siguen los motivos escultóricos que ya encontramos en la cripta. Las naves laterales son muy estrechas, especialmente la del lado izquierdo.

A finales del siglo XI se siguieron edificando las naves románicas, si bien a un ritmo muy lento. Se cubrieron con un techo de madera y fueron consagradas en el año 1098, junto con la portalada que hay a los pies del templo. En las paredes laterales se pueden ver arcos de descarga y columnas, tanto de época románica como gótica.

Ya en el siglo XIV, coincidiendo con la entrada del orden del Císter, se sustituyeron estas naves románicas por una gran nave gótica de catorce metros de anchura, considerada por muchos como la más bella de toda Navarra. Sus nervios están muy bien trabajados y acaban en claves de bóveda esculpidas con motivos heráldicos.

Desde la nave gótica se puede observar la peculiaridad de la cabecera de este templo, que tiene un gran parecido con la de la iglesia de Santa Maria de Ujué. Destaca su irregularidad y el ojo de buey descentrado respecto a las naves románicas.

En el muro meridional hay una puerta románica que da paso a una capilla construida en el siglo XV. Tiene tres arquivoltas de medio punto sustentadas en columnas con capiteles decorados con motivos vegetales. En el tímpano hay esculpido un crismón del siglo XII.

En el muro norte encontramos una puerta que comunicaba con el antiguo claustro, que desapareció durante los 118 años de abandono de la abadía. Esta portalada es de la primera mitad del siglo XI y sigue el estilo de la cripta y la cabecera. Podemos ver dos arcos de medio punto, si bien uno está muy forzado, que se apoyan en un par de columnas sin base y con un capitel decorado con motivos similares a los que hemos visto en la cripta y cabecera del templo. El tejado se apoya en canecillos esculpidos con cabezas de animales y humanas.

Junto a esta portalada se puede ver un arbotante gótico que se construyó para compensar la inclinación que estaban sufriendo las naves románicas.

Otra de las joyas de Leyre es la portalada que hay a los pies de la iglesia, conocida como Puerta Speciosa. Data del siglo XII y recuerda a la portalada de Santiago de Compostela. Se cree que  la mayoría de las imágenes de la fachada fueron esculpidas anteriormente y que estaban ubicadas en otros lugares.

La puerta está dividida por un parteluz con el capitel decorado. Sobre él podemos ver un tímpano con las imágenes del Salvador, la Virgen, San Pedro, San Juan y otros apóstoles, difíciles de identificar. Su aspecto es rígido con túnicas acampanadas. 

Está formada por cuatro arquivoltas de medio punto ricamente talladas, que se apoyan en tres pares de columnas. Al estar redondeados los montantes que hay entre las columnas, parece que haya el doble. Sus capiteles están decorados con animales, figuras humanas, entrelazados, frutos, hojas y pájaros. Todo el conjunto está coronado por un arco con decorado con palmas, mientras que las figuras están apoyadas en unas ménsulas esculpidas con cabezas de animales.

Las arquivoltas están decoradas con motivos muy variados que representan todo el mundo real e imaginario del románico. En la más interior encontramos patas, zarpas, frutos,... en definitiva un conjunto de elementos fito y zoomórficos. 

En las otras tres arquivoltas encontramos un elemento esculpido en cada dovela. Así pues podemos ver pájaros, serpientes, peces, monstruos, cabezas de hombres y mujeres representando varias acciones, todas ellas bajo un punto de vista satírico, como por ejemplo las que se refieren a los vicios humanos. Los espacios entre arquivoltas están esculpidos con animales que parecen perseguirse.

Por encima de las arquivoltas vemos todo un conjunto de imágenes, la mayoría de las cuales son humanas. Así pues en el friso podemos ver un Pantocrátor, a San Pedro, San Miguel, Santiago, el martirio de las santas Nunilo y Alodia, la danza de la muerte, Jonás con la ballena, Jesús sobre una barca, ... En el piso inferior y en el lado derecho se ven las escenas de la Visitación y la Anunciación, un santo sin identificar y un ángel tocando una trompeta. En el lado izquierdo podemos contemplar a un obispo, motivos entrelazados, otro ángel tocando una trompeta y una cabeza de hombre.

Todas las imágenes se caracterizan por los vestidos estilizados, en los que los pliegues juegan un papel muy importante. Destacan las dimensiones de las cabezas, que resultan muy pequeñas comparadas con los cánones del románico.

La fachada ha sido protegida de las inclemencias del tiempo por una tejado y unos contrafuertes. Justo encima podemos ver una ventana de medio punto, con una sencilla arquivolta sustentada por dos finas columnas. El resto de elementos de la fachada, incluido lo matacán, son de época gótica.

Al salir de la cripta, justo delante de la escalinata que nos lleva hacia el antiguo claustro, podemos ver la imagen del Santo Virila (Siglo XVII) al fondo de un túnel que hay a los pies de la cripta.

En el siglo XVI el viejo monasterio amenazaba ruina y después de intentar en varias ocasiones llevar a cabo obras de restauración, los monjes decidieron finalmente construir unas dependencias nuevas al otro lado de la iglesia. Su construcción duró desde 1562 hasta el 1640.

Durante el siglo XIX Leyre fue abandonado en tres ocasiones: 1809, 1820 y 1836. Esta última supuso la interrupcción de la vida monástica durante 118 años. En este periodo se dispersó y perdió parte del patrimonio de la abadía. El monasterio viejo se acabó hundiendo y el nuevo empezó también a hundirse. A principios del siglo XX se iniciaron las obras de restauración. En el mes de noviembre de 1954 volvió la vida monástica al recinto.