Esta es una de las cuatro iglesias del Casco Antiguo logroñés, situado entre las calles Mayor y Ruavieja y muy próxima al Albergue de Peregrinos.Su elemento más significativo es una torre de planta octogonal que los logroñeses denominan "la aguja".
En el actual edificio de la iglesia se advierte una amalgama compleja de construcciones que se superponen y dificultan la percepción de su estructura primitiva, ya que ha sido reedificada, ampliada y reconstruida en numerosas ocasiones a lo largo de su historia.
Inicialmente pudo ser edificada en los siglos XII-XIII y ampliada y reformada posteriormente en los siglos XVI y XVIII.La aguja se considera del siglo XIII.
El edificio está edificado en sillería y cuenta con tres naves de tres tramos, crucero y triple cabecera.Se cierra con bóvedas de crucería estrellada.
La aguja de Santa María de Palacio es uno de los signos identificativos del Logroño medieval.Por ello, ha sido objeto del interés de los logroñeses para conservarla a lo largo de los siglos XVII y XVIII.La aguja es una flecha o chapitel en forma de pirámide de ocho lados con varios pisos.En el inferior hay ocho buhardillones con una ventana apuntada en cada uno.
La portada principal está protegida por una arcada y se configura como un retablo clasicista. El conjunto, enmarcado con dos pares de columnas estriadas, está presidido por una hornacina con frontón curvo que alberga una imagen de la Asunción de la Virgen rodeada por seis ángeles con instrumentos y completado con dos escudos imperiales.
La torre, realizada por Juan de Acha en 1550, consta de cuatro cuerpos.
El claustro ha sufrido, al igual que la iglesia, diferentes avatares a lo largo de la historia. Recientemente ha sido rehabilitado y se ha reabierto al público, acogiendo numerosas exposiciones.Es de planta irregular con cuatro crujías de cinco tramos cada una y dos galerías superpuestas.Las galerías bajas están formadas por arcos de medio punto y las altas, por columnas toscanas y entablamento con huecos adintelados.