Entre los siglos VI y VII, el cambio de vida eremítica a cenobítica exige la construcción de un edificio para reunirse, siendo esta la primera construcción propiamente dicha, correspondiéndose con los dos compartimentos abovedados que se sitúan más a la derecha según se entra al monasterio existente, de la que se conservan actualmente los muros y varios de los arcos visigodos. Entre los años 938 y 952, se habla del monasterio de San Millán como de un atrio. El norte del atrio, estaba ocupado por un pórtico formado por los tres arcos de herradura que actualmente separan las dos naves de la iglesia mozárabe ,encima de los cuales se sitúa una galería de seis arcos de herradura más pequeños, debiendo existir otra similar al sur, que se cerró cuando se construyó la iglesia mozárabe.
En el primer tercio del siglo XI, durante el reinado de Sancho el Mayor, se amplió la iglesia en estilo románico, prolongando las dos naves mozárabes con un quiebro en planta para mantenerla pegada a la roca y cubriendo las naves con bóvedas de cañón, que descansan en los muros y en los arcos de medio punto en el centro de las naves.En el S XII se reformó la cueva central dividiéndola en dos estancias , la capilla sepulcral, donde se conserva la tapa del sepulcro (lauda) de San Millán a la izquierda y el oratorio con los tres altares tipo hornacina en el lateral derecho, siendo el central, según la tradición, el altar visigodo que utilizó San Millán.
El cenotafio del santo es un enorme bloque de alabastro negro, en donde aparece el anacoreta yacente , y a sus pies y alrededor peregrinos y discípulos. Ambas estancias se separan por un arco que apea en dos columnas pareadas adosadas a una pilastra contra la roca de la cueva. Los capiteles poseen decoración vegetal. El acceso a la gruta se realiza a través de arco de medio punto con la mismas características que el anterior: columnas pareadas adosadas y capiteles vegetales
Los siete infantes de Lara son conocidos por el «Romance de los siete infantes de Lara», basado en el contenido de un antiguo cantar de gesta desaparecido, que es junto con el Cantar de mio Cid y el Poema de Fernán González uno de los más importantes cantares de gesta de la literatura castellana. Eran hijos de Gonzalo Bustos (hijo de Gustivo González y Ortega Ramírez, siendo a su vez esta última hija de Ramiro II de León y Ortigueda) y Sancha Velázquez.Los sarcófagos de los siete infantes de Lara se encuentran en el Monasterio de San Millán de Suso y las cabezas de los infantes están en la iglesia de Santa María de Salas de los Infantes, el sepulcro de Mudarra se encuentra en la Catedral de Burgos.
Se accede al templo por la puerta del muro sur, que se halla protegida por un pórtico empedrado que representa una alfombra mozárabe del S XI, con dos esvásticas y una flor de cuatro hojas. Este lugar se conoce como "portalejo de Gonzalo de Berceo", ya que fue ahí donde en sus últimos años , escribió la vida de Santa Oria. Alineados a la izquierda se hallan los siete sepulcros de los Infantes de Lara y el de su maestro en el centro. Y a la derecha los enterramientos de tres reinas de Navarra.