La iglesia de Santa María la Real de Aranda de Duero nació por la necesidad de construir un templo de mayores dimensiones que la vecina iglesia de San Juan, a fin de poder atender las necesidades religiosas de la población arandina en expansión. Al igual que en el caso de San Juan, y en el mismo contexto histórico, una primitiva iglesia románica debió anteceder al templo gótico actual, como lo atestigua la existencia de la torre de trazas románicas, con evidentes signos de haber sido concebida con funciones religiosodefensivas. Tras las diversas revueltas y luchas nobiliarias de finales del siglo XIII y buena parte del XIV, la Villa renovó con nuevos bríos su dinamismo y esplendor, lo que obligó a programar la construcción de un templo de nueva planta con mayor capacidad y más prestancia que el que, sin duda, había tenido el precedente templo románico. Tampoco debemos descartar, como factor explicativo de este proyecto, la vigencia de un cierto sentido de emulación o competitividad entre los parroquianos de uno y otro barrio, estímulos que derivarían hacia el diseño y ejecución de una fábrica de mayores dimensiones y más altas pretensiones estéticas en la iglesia parroquial de Santa María. A su vez, la superior categoría material y artística de esta iglesia expresarían el triunfo de su barrio y plaza homónimos sobre el conjunto urbano: desde estos momentos, la plaza de Santa María se convertirá en el centro neurálgico de todas las actividades típicamente urbanas de la villa, desplazando en este sentido a la vecina de San Juan.

Parece ser que en 1439 las obras ya habían comenzado. Desconocemos el nombre del tracista. La iglesia es de estilo gótico flamígero, con planta en forma de cruz latina de tres naves, más una cuarta que se añadió como dependencias para cofradías. El conjunto exterior da sensación de grandeza, elegancia y robustez.

Cabe destacar la fachada, monumental retablo esculpido en piedra, que ha sido considerada como uno de los máximos exponentes del gótico flamígero en España. Su realización debe atribuirse a Simón y Francisco Colonia, durante el primer tercio del siglo XVI y fue un regalo de la Reina Isabel al pueblo de Aranda. Se concluía en 1514 y era inaugurada en 1515 por el Rey Fernando "El Católico", ya viudo de Isabel, quien tiempo atrás (siendo todavía princesa) presenciaba el Concilio de Aranda (1473) en la vecina iglesia de San Juan.

Desde el punto de vista compositivo, se organiza como un amplio telón que contiene, en su parte inferior, la portada propiamente dicha, la cual avanza con respecto al plano de la puerta. Las figuras que se ubican en la parte baja de la fachada son los cuatro Padres de la Iglesia de Occidente: San Ambrosio, San Jerónimo, San Agustín y San Gregorio Magno.

La iglesia se encuentra dedicada a la Virgen, de manera que el tímpano contiene algunas de las escenas más características de su vida. Así, encontramos el Nacimiento de Jesús y la Epifanía, y en la parte superior unas pequeñas escenas de la Anunciación y los Reyes Magos. La puerta es doble y está separada por un parteluz donde aparece la Virgen dando de mamar al Niño, y se completa con una serie de figuras de santas, los evangelistas, los apóstoles y algunos santos de gran relevancia y devoción en la villa como San Roque, San Lorenzo o San Antón. En la parte superior de la fachada aparecen tres grandes relieves que representan la Pasión de Cristo. La figura central muestra la escena de la Crucifixión, y a ambos lados, dentro de dos medallones, vemos las escenas de Cristo camino del Calvario y la Resurrección. Los patrocinadores de la obra pueden ser reconocidos por los motivos heráldicos. En la parte superior, aparecen dos escudos de gran tamaño, pertenecientes, uno a los Reyes Católicos y el otro a Juana I de Castilla y su esposo Felipe el Hermoso. Justo debajo, y ligeramente desplazados hacia los laterales, se sitúan dos escudos iguales que representan a la Villa de Aranda, con dos leones rampantes defendiendo una torre sobre un puente de tres ojos. Bajo los medallones en altorrelieve, se encuentran otros dos escudos, de menor tamaño, que muestran las armas del obispo Alonso Enríquez en cuyo episcopado se levantó esta fachada. Es importante resaltar la restauración llevada a cabo en 2001. La limpieza, consolidación y reintegración cromática del conjunto le ha permitido recuperar su esplendor perdido. Los relieves en madera de la puerta fueron sustituidos por copias para su protección, y las tablas originales pueden verse en el Museo Sacro de la iglesia San Juan.

En el interior destaca la magnífica escalera del coro, construida en 1523, atribuida a Juan y Sebastián de la Torre, en la que se aprecia el paso del gótico al renacimiento, manteniéndose en ella claras reminiscencias mudéjares. De todos los bienes muebles que se custodian en este templo cabe destacar el bello púlpito renacentista, de forma hexagonal, íntegramente labrado en madera de nogal, cuya realización se atribuye a Miguel de Espinosa y Juan de Cambray. Otro elemento destacable en el interior de la iglesia es la presencia de esculturas religiosas relevantes como el Santo Cristo de la Salud, de mediados del siglo XVI y varias imágenes más.