Dedicada a la Patrona de la Ciudad, la Virgen de Altamira, se levanta en el corazón del Casco Antiguo, sobre el solar antes ocupado por el Hospital del Chantre.
Fue construida a lo largo de cinco décadas del siglo XVI, entre 1523 y 1571, en estilo renacentista, con elementos arquitectónicos del gótico tardío. Inició las obras Miguel de Mendizábal, a quien sucedió en la dirección su ayudante Martín de Ibarguren, y a éste su sobrino y aprendiz Miguel de Aguirre II, canteros guipuzcoanos originarios de Ezquioga y Zumárraga, y autores de numerosos templos del entorno mirandés, como los de Orón, Rivabellosa, Gimileo o Briones.
Cuenta con tres naves de igual altura, cubiertas por bóvedas estrelladas que se apoyan en enormes columnas de piedra sillar. Además del ábside poligonal, cabe destacar las dos capillas laterales, dedicadas a la Inmaculada y a San Andrés. En esta última se halla el panteón de Andrés de Barrón y su esposa Catalina de Pinedo, cuyas figuras orantes fueron esculpidas por el escultor de Valpuesta Bartolomé de Angulo. En su baptisterio se conserva la momia de D. Pascual Martínez, Chantre de Calahorra y protagonista de un tétrico episodio de la tradición local.
Edificada en piedra caliza, la iglesia muestra una decoración escasa, a menudo alejada del visitante: claves, ménsulas, capiteles... con motivos animales o vegetales. Buena parte de su patrimonio artístico desapareció en el transcurso de diferentes conflictos bélicos o catástrofes naturales.