La iglesia, que data del siglo XIV, fue construida siguiendo el modelo del Monasterio de las Huelgas de Burgos. Es por esto que los restos del muro perimetral y los arranques de sus pilares, aún en pie, son una buena muestra de dicha imitación.
Gracias a su ubicación, en el encuentro de la Tierra de Campos con los Montes Torozos, y con motivo de la exclaustracion de los monjes con la implantación de las leyes desamortizadoras del momento (siglo XIX) fue utilizado, inicialmente, como hospital para los empleados del Canal de Castilla, más tarde, como cantera en la construcción del ramal de Campos de dicho canal y acabó como finca agropecuaria.
Su declaración como Monumento Nacional en 1931 y el hecho de que sea propiedad de la Diputación Provincial de Valladolid, hace que este monasterio haya pasado a ser un Centro de Interpretación de la Naturaleza. Entre 1995 y 2005 se sucedieron las intervenciones, en el marco de un proyecto a cargo del arquitecto Roberto Valle González,[2] que comenzaron con la recuperación de la antigua Hospedería. En los años siguientes se recuperó la antigua bodega, se restauró el palomar de planta circular y se hizo un nuevo palomar de planta cuadrada. Posteriormente se hizo un jardín botánico con plantas aromáticas autóctonas.
El complejo cuenta con una sala donde se puede observar una exposición sobre la fauna y la flora de la zona de Matallana; el palomar ya citado; un parque temático de las distintas razas ovinas; el jardín botánico con flora autóctona; las ruinas del monasterio cisterciense de Matallana; una pequeña laguna; un invernadero y vivero; una senda medioambiental y un parque temático para los más pequeños.
Ara Gil, Clementina Julia (septiembre de 2009). «Monasterio de Santa María de Matallana». Argaya: Revista de Cultura (Diputación de Valladolid): 7-24. Archivado desde el original el 27 de septiembre de 2013. Consultado el 23 de septiembre de 2013.
Mucientes Balado, Mariano (2005). Datos de una historia de Villalba de los Alcores. Salamanca: Editora Provincial de Valladolid. ISBN84-7852-170-4.