El templo más antiguo, sobre el que hoy se asienta la iglesia de Santa Lucía, se construyó a fines del siglo XII o inicios del siglo XIII en la denominada Puebla del Valle, junto a los barrios bajos de la ciudad, por donde se extendió la judería y se desarrollaron las principales actividades artesanales (sobre todo pelambres y alfarería).

En su origen, el templo pudo ostentar tres naves. Solo ha conservado parte del primitivo muro norte, coronado por alero con canecillos muy simples. A los pies de la nave meridional se alzó una capilla cubierta con una crucería gótica que data del año 1524.

Durante el siglo XVII las tres naves originales se redujeron a una sola, tal vez a causa de problemas de estabilidad, planteando potentes arcos perpiaños que soportan una cubierta a dos aguas. También se rehízo la cabecera plana, a la que fue adherida un camarín barroco cubierto con escamado de pizarra.

La sencilla portada meridional, con huérfana hornacina avenerada, es obra del siglo XVII.

La espadaña del hastial occidental fue reconstruida en el año 1746.

En la actualidad, el templo funciona como lapidario visitable del Museo de Zamora.