Es una de las obras maestras del estilo plateresco español. Fue encargado por los Reyes Católicos al maestro Pedro de Larrea para la orden de caballeros y frailes de Santiago, y en su ejecución intervinieron Martín de Villarreal y Juan de Orozco.

El balcón central de la fachada es obra barroca posterior.
En toda la fachada abunda la típica decoración de medallones, en los que se representa tanto a personajes del mundo clásico como coetáneos de la construcción.
La parte situada entre el pórtico central y el río fue realizada en el siglo XVIII por Juan de Rivero y Martín Susniego, con tan extraordinaria fidelidad a la terminada anteriormente que da la sensación de ser obra de una misma época.
La iglesia se concluyó en 1531 y fue consagrada diez años más tarde; consta de una amplia nave cubierta con estrelladas bóvedas de crucería.
En la portada de la iglesia hay dos relieves de la Crucifixión y el Descendimiento, el primero de Juan de Orozco y el segundo atribuible a Juan de Juni o a Juan de Angers.
En el crucero se abren las puertas que conducen al claustro y a la sacristía, otra obra maestra de Juan de Badajoz. la sillería del coro fue concluida en 1542 por Guillén Doncel con la probable colaboración de Juan de Juni, al que habría que adjudicar todas las representaciones de los apóstoles y algunos santos.

El convento alberga actualmente el Museo de León, con una amplia colección epigráfica, con objetos prehistóricos, clásicos, medievales y modernos de los períodos renacentista y barroco.
Entre sus piezas sobresalen la gran ara de mármol consagrada a Diana y el mosaico de Hilas con las ninfas; la cruz mozárabe de Santiago de Peñalba, del siglo X; el Cristo de marfil del monasterio de Carrizo, de los siglos XI y XII; el retablo de San Marcelo, del XIV; la estatua de San Mateo y otras esculturas en relieve de Juan de Juni, del XVI; la estatua orante del obispo Quiñones de Guzmán, atribuida a Esteban Jordán; una cabeza de San Francisco, de Luis Salvador Carmona, del siglo XVIII; y cuadros de los siglos XV y XVI del maestro de Palanquinos, Bassano y otros.
De la época romana quedan varias muestras de las antiguas Murallas, de planta rectangular, luego restauradas por alfonso V y Alfonso IX sucesivamente .