El actual templo de Santo Domingo se levantó sobre uno anterior, dedicado a Santo Tomé. Este estaba formado por una sola nave y tenía el campanario adosado al muro norte. Durante el reinado de Alfonso VIII, a finales de siglo XII, se inició la construcción del nuevo templo. Del anterior edificio románico, de principios del siglo XII, sólo se conservó la torre y un fragmento del primer tramo, cerca del actual transepto.

Alfonso VIII pasó su niñez en la ciudad de Soria, dónde estuvo protegido de las disputas internas que había entre los nobles de la Corona, ya que heredó el trono con sólo tres años. Es por este motivo que el monarca siempre estuvo agradecido a Soria y celebró sus nupcias en esta ciudad castellana. Por esto decidió construir un templo digno de este enlace con Leonor de Aquitania. Es el origen de su esposa lo que justifica la espléndida portalada occidental, inspirada en la de Nuestra Señora de Poitiers y que no tiene nada a ver con el resto de edificios románicos de la península.

El templo tiene tres naves, las laterales cubiertas con bóvedas de cañón y la central con bóveda apuntada, reforzada con arcos fajones. Estos descansan en  columnas, con múltiples fustes y con los capiteles esculpidos con motivos vegetales, aves y animales mitológicos.

Las naves laterales tienen una altura inferior a la central y están separadas entre si por arcos formeros apuntados, que descargan su fuerza en columnas con capiteles esculpidos.

La cabecera fue totalmente reformada en el siglo XVI en estilo renacentista. Es el espacio que actualmente usa la comunidad religiosa de clausura para realizar sus celebraciones litúrgicas.

Pero el elemento más interesante de Santo Domingo es sin duda su fachada oeste, totalmente decorada.

En el centro encontramos la bella portalada. Formada por cuatro arquivoltas ricamente esculpidas, que rodean un tímpano también decorado. Los capiteles de las columnas, en que se apoyan las arquivoltas, están decorados con motivos historiados.

Estaba protegida por un pequeño tejado que lo ha salvado de la erosión y que hoy en día ya no se conserva. Sólo se conservan algunos de los canecillos en que se apoyaba.

A ambos lados de la puerta encontramos dos grandes estatuas, que representan a los reyes Alfonso VIII y a su esposa Leonor, los monarcas que impulsaron la reforma del templo.

Decoran la fachada grupos de parejas de arcos ciegos de medio punto distribuidas en dos hileras. Encontramos cuatro parejas a cada lado de la portalada.  Los tímpanos de los arcos están decorados con medias lunas y arcos de medio punto esculpidos. En el lado izquierdo los capiteles están esculpidos con motivos vegetales, luchas entre caballeros, bestias mitológicas, arpías y leones. También encontramos algunos de historiados en los que se narra la decapitación de San Juan Bautista, la muerte de un avaro y la Epifanía. 

En los capiteles del lado derecho encontramos árboles, personajes bajo arquillos, grifos, arpías, leones y personajes luchando con fieras. 

Corona la fachada un gran rosetón, enmarcado por un gran arco de medio punto, que se apoya en dos columnas. Este está protegido por un guardapolvo esculpido con puntas de diamante, que también se apoyaba en columnas, el fuste de las cuales se ha perdido.

El rosetón está formado por ocho lóbulos, decorados con puntas de diamante que se apoyan en ocho columnillas con los capiteles esculpidos con motivos vegetales y geométricos, las cuales convergen en un círculo central. 

Rodean el rosetón tres círculos concéntricos en gradación decorados con motivos geométricos y vegetales los dos exteriores y monstruos y caballeros en el más interior.