Le couvent de San Pablo est le siège et la maison religieuse de l'ordre des dominicains ou prêcheurs, fondé par saint Dominique de Guzmán au XIIIe siècle, bien que l'église du couvent qui a survécu jusqu'à nos jours ait été érigée plus tard, entre les XIVe et XVIe siècles, dans le style gothique tardif.

Ainsi, l'ancien couvent est toujours lié aux Dominicains, qui ont leur résidence dans une annexe moderne, tandis que l'église est régulièrement vénérée comme une église paroissiale. Le couvent, dédié à l'apôtre saint Paul, a été fondé par le saint de Burgos avec le soutien de l'épiscopat en 1219 ou 1220, peu avant sa mort en 1221 ; il compte donc parmi les plus anciens de l'ordre des prêcheurs. Entre 1184 et 1198, Domingo de Guzmán avait été étudiant et professeur à l'université de Palencia, et sa maison, démolie en 1892, se trouvait sur la place de San Pablo. Au même XIIIe siècle, les dominicains Gil de Santarem et Pedro González Telmo, entre autres, ont pris l'habit et développé leur vie religieuse dans ce couvent.

En outre, ce temple a accueilli les Cortes Generales de Castilla à trois reprises : en 1296, la reine régente Maria de Molina les a convoquées pour garantir le trône en faveur de son fils, Ferdinand IV, et en 1313. Le chapitre général de l'ordre des prêcheurs s'y est également tenu. San Pablo a bénéficié de la protection de monarques tels que Sanche III, Sanche IV et Alphonse XI, qui ont fait du couvent une résidence royale et un oratoire, et il a même reçu des privilèges papaux des pontifes Grégoire IX et Alexandre III.

Les travaux de construction de la nouvelle église ont commencé au XIVe siècle et ne se sont achevés qu'au XVIe siècle. En 1514, sous le patronage de la famille Rojas, marquis de Poza et seigneurs de Monzón, qui souhaitaient être enterrés ici, la chapelle principale d'origine a été démolie pour construire la chapelle actuelle, qui a été achevée en 1534. L'église a été consacrée le 7 avril de la même année.

L'église a été occupée par les troupes françaises pendant la guerre d'indépendance espagnole, qui l'ont utilisée comme hôpital militaire et prison. Par la suite, en 1835, la Desamortización (confiscation) le fit passer aux mains de l'État, perdant ainsi une partie de sa splendeur passée. La communauté dominicaine est revenue en 1844. En 1957, les Dominicains ont occupé un bâtiment annexe à l'église, conçu par Jacobo Romero en 1920, qui abritait jusqu'à cette année-là les tribunaux et la Cour provinciale de Palencia, puis a été utilisé comme résidence et noviciat de l'ordre.

L'église a été déclarée Monument historique-artistique national par décret le 3 juin 1931. Il s'agit également d'un bien d'intérêt culturel.

C'est une église à trois nefs, la nef centrale étant la plus haute, séparées par des piliers composés, avec des chapelles latérales dans la nef de l'Épître. L'axe longitudinal de la nef centrale mesure 72,15 m de long. Les deux nefs latérales sont terminées au niveau du chœur par des chapelles à abside carrée, qui sont précisément les seuls vestiges de l'église primitive du XIIIe siècle, tandis que la nef centrale est fermée par une abside très développée en hauteur et en largeur, servant de chapelle principale. Les voûtes sont nervurées avec des voûtes cambrées dans la nef centrale, des voûtes à nervures simples dans les nefs latérales et des voûtes en étoile dans la chapelle principale.