En el recóndito valle de Valdeolea, limítrofe con el sur de Cantabria y el norte de Palencia, se levantan una docena de pequeñas iglesias románicas del siglo XII, muy interesantes desde el punto de vista de la tipología arquitectónica del Románico Montañés, con portadas y capiteles esculpidos con motivos de muy variada índole. La mayor singularidad de estos templos se encuentra en su interior en forma de pinturas murales.

Su entorno natural cuenta con una flora muy abundante, en la que destaca el roble y el abedul. El bosque de ribera y el sotobosque se conservan inmejorables. La fauna campa a sus anchas por estos bosques destacando corzos, jabalíes, tejones, martas, garduñas, comadrejas, etc. Podríamos citar numerosas especies ornitológicas: camachuelos, chotacabras, águila perdicera, cárabo, carbonero, etc.

También en sus ríos encontramos gran cantidad de truchas.

Valdeolea está poblada desde hace miles de años, como prueban los restos de los dos grandes menhires hallados en las proximidades del pueblo de La Cuadra. Son impresionantes monolitos, en uno de ellos parece verse la representación esquemática de un carro. Deben ser de la misma época que los hitos de Sejos (Polaciones), hacia el 2.500 a.C. Se le supone también, territorio del antiguo pueblo cántabro, donde pudo estar la ciudad de Octaviolca. En las cumbres de Santa Marina y Ornedo, cerca de la localidad de Castrillo del Haya, existen ruinas de muros que siempre fueron considerados de un castro cántabro, posteriormente romanizado, donde apareció un denario de plata ibérico y algún fragmento de sigillata.

Valdeolea se asienta sobre una estructura anticlinal en la que aparecen rocas areniscas y arcillas triásicas, así como grandes afloramientos de ofitas. El municipio está atravesado por el río Camesa, afluente del Pisuerga que nace en la Sierra Braña, en Palencia. Penetra en Valdeolea en las inmediaciones de Mata de Hoz, desciende en dirección sureste hasta Mataporquera y regresa a Palencia a la altura de Cuena. Son notables los aluviones que pueden verse en este curso. Éstos son sitios de singular atractivo, pues dan lugar a islas paulatinamente colonizadas por plantas y son posadero de numerosas aves fluviales.

Las pinturas con un fuerte componente hierático y simbólico, representan diversas escenas del Nuevo Testamento, principalmente en los capítulos referidos a la vida y pasión de Jesucristo. La última cena, la matanza de los inocentes, la huida a Egipto, la anunciación, la pasión, la adoración de los reyes y otras episodios del Nuevo Testamento, son presididas por una imagen de la Virgen a quien está dedicado el Templo. Algunas imágenes corresponden curiosamente a localismos como el situar en lugar destacado la pintura de un jabalí (animal muy abundante en la zona), la de un caballero que probablemente sea el mismo que costea las pinturas y al que hace mención una inscripción que fecha en 1484 (año de realización de las mismas).