A tres kilómetros de Cabezón en un bello paraje junto al Pisuerga se encuentra la iglesia del antiguo monasterio cisterciense de Santa María de Palazuelos. Su fundación se remonta a 1213, cuando el rey Alfonso VIII cede a Alonso Téllez Meneses, señor de Villalba de Alcor, por sus servicios en la batalla de las Navas, la villa de Palazuelo, en las riberas del Pisuerga, y él la dona al cenobio cisterciense de San Martín de Valvení, para que se traslade a este lugar.
Lo único que sobrevive de la primitiva construcción es la iglesia, un edificio de tres naves en el que destaca su cabecera, una de las más perfectas de la arquitectura cisterciense, comenzada a construir en 1226.
Este monasterio llegó a ser cabeza de la Orden del Císter en Castilla. La desamortización de Mendizábal lo convirtió en una explotación agrícola y precipitó su ruina. Gran parte de su antiguo mobiliario, entre el que se cuentan algunos sepulcros góticos de gran interés, se trasladó al Museo Diocesano de Valladolid.
Al siglo XIII pertenecen la cabecera y dos tramos de la nave. Los otros tres fueron reconstruidos en el siglo herreriano en el siglo XVI por el arquitecto clasicista Juán de Nates.