La iglesia de Agoncillo es un edificio construido en tres etapas bien definidas, reconocibles a simple vista. No hay datos de su construcción en los libros de fábrica, pero hay una inscripción en el muro del segundo tramo de la Epístola que reza así: "Acabose la presente obra / lunes a XXV días del mes de Marzo / de mil dxxxvi años". Otra inscripción aparece en un nervio del mismo tramo y dice: Gombaon. Es muy posible que se refiera al arquitecto o al cantero.
El edificio está formado por una sola nave de 28 por 11 metros, dividida en tres tramos iguales y cabecera ochavada de tres paños. Como soportes emplean columnillas adosadas en haces de tres con capiteles imposta decorados con motivo de bolas y vegetales. La cubierta es de crucería: el primer tramo, de planta cuadrada, tiene bóveda estrellada en forma de flor abierta de cuatro pétalos; el segundo, de 11 por 9 metros, se cubre con terceletes dobles, igual que el tercero de 11 por 5 metros, y la cabecera con crucería simple.
La sacristía está situada en el lado de la Epístola y se cubre con crucería simple apoyada en ménsulas decoradas con motivos vegetales y blasones. En éste mismo lado se abre una pequeña capillita con bóveda de cañón que sirve de baptisterio. El coro está situado a los pies en alto, sostenido con bóveda de crucería que tiene las claves decoradas con pájaros y cabezas humanas. El antepecho presenta una imposta de cardinas, talladas con trépano.
La torre antigua está situada a los pies en el lado de la Epístola. Al exterior tiene forma ochavada y se une mediante un arco al contrafuerte inmediatamente anterior. Por el interior tiene un husillo perfectamente labrado. En el siglo XVIII amenazó ruina y fue reconocida por Domingo de Urizar, arquitecto de la torre nueva. Todo el buque de la iglesia se refuerza con contrafuertes exteriores muy acusados.
La Capilla de Santa Bárbara está situada en el primer tramo de nave en el muro del Evangelio. Fue contratada su construcción en el año 1774. Intervinieron en ella Juan Cruz de Urízar, vecino de Ausejo en aquella época, porque cuando en 1977 cobra las trazas era vecino de Durango; y Domingo de Arejita, cantero, vecino de Logroño que ajustó la obra en 38.850 reales de vellón. Actuó como arquitecto fiador Francisco Alejo de Aranguren. La obra fue entregada el 22 de Noviembre de 1777.
Construcción en sillería, edificada en diferentes etapas, la esencial en el siglo XVI, la portada en el XVII, las capillas y torre en el XVIII. La Nave de tres tramos - los dos primeros cuadrados y el tercero rectangular- y la cabecera ochavada de tres paño. Cubierta de crucerías estrelladas sobre arcos que apoyan en columnas adosadas o el grupo integrado por tres columnas con capitel imposta. Sacristía al sur del primer tramo.Capillas barrocas con cúpula sobre pechinas. Coro alto a los pies.
Posee un retablo central, en el presbiterio, es manierista y está formado por banco, cuatro cuerpos y ático, con distribución en cinco calles. Presenta rica imaginería, atribuida el conjunto al taller de Juan de Beogrant, fechándolo en torno al 1540.
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