Interior. Nada más traspasar la puerta de acceso y a través de un cancel de madera de finales del siglo XVIII, llegamos al interior del templo. Este primer tramo se encuentra un poco elevado sobre el suelo de la iglesia por lo que una escalera de ocho peldaños nos situará a nivel del templo. Esta escalera fue mandada hacer por el abad Martín de Rada II en el siglo XVII y por ser la última meseta de la escalera es un perfecto mirador del templo.

La iglesia se articula en planta de cruz latina, tres naves de séis tramos, la nave central más ancha y alta que las laterales, arcos formeros apuntados separando las naves, ábside semicircular precedido por un tramo recto, nave de transepto de cinco tramos y cuatro capillas absidiales de testero recto que se abren a ella. Tiene unas medidas de 74 metros de largo por 37 de ancho.

El tipo de arco empleado es el apuntado, excepción hecha de dos arcos de medio punto en el primer tramo de crucero, que nos hace suponer que por este lugar se comenzó la construcción del templo en el año 1164. Las bóvedas son de crucería simple y apoyan en seis parejas de pilares cruciformes con dos gruesas columnas adosadas en cada una de sus caras y otra más delgada en cada codillo. Se alzan los pilares sobre zócalos de un metro de altura. Destaca la decoración de las claves de las bóvedas: el Agnus Dei (Cordero de Dios), el Águila de Navarra (símbolo del rey Sancho el Fuerte de Navarra), la cabeza de Cristo y una cruz de Calatrava (alusivo al Monasterio de Fitero). A destacar que el Águila de Navarra es la primera clave que vemos nada más acceder al templo.

Los capiteles de las columnas son lisos con esquemáticas representaciones vegetales y en algunos de ellos pequeñas bolas decorativas propias del estilo cisterciense. La única excepción la componen dos capiteles cercanos a la salida, donde podemos ver diversos rostros de sirenas, figuras humanas grotescas y otras más naturalistas.

La nave del transepto está formado por cinco tramos, el crucero de planta cuadrangular se cubre con un cimborrio románico de planta octogonal. Este hace funciones de campanario, pues en sus ocho vanos quedan alojadas las campanas de la iglesia. Al exterior el cimborrio se cubre con un tejado con forma de chapitel octogonal.

El ábside central está formado por dos tramos, el primero recto se cubre con bóveda de cañón apuntada, el segundo se cierra con una bóveda de cuarto de esfera que apoya en cuatro gruesos nervios de sección plana que apean en otras tantas columnas. Entre los paños que forman las columnas, cinco ventanas abocinadas en forma alargada y en arco de medio punto permiten el paso de la luz a través de las placas de alabastro que las cierran. En las ventanas podemos observar el profundo derrame del muro en el que se insertan.

Preside la capilla central una imagen en cerámica de la Virgen de la Oliva, talla moderna de 1932 del escultor francés Raymond de Viverent, de Toulouse. La imagen de la Virgen se encuentra a considerable altura ya que se alza sobre una alta columna ocupando el centro del ábside. La original románica ha desaparecido y de hecho incluso se desconoce como era. La imagen más antigua de la que se tiene noticia es gótica del siglo XIV pero en el año 1600 los monjes decidieron que había llegado el momento de cambiarla y esta fue trasladada a Ejea de los Caballeros (Zaragoza) donde allí permanece. La virgen de la Oliva es patrona de esta población zaragozana desde que en el año 1105 la Virgen se apareció a los cristianos en lucha contra los musulmanes y construyeron una ermita en su honor.

Al pie de la columna, bajo la Virgen se encuentra el sagrario, obra en plata y marfil con algo de color, de estilo neorrománico realizado en 1950 por José Gumiel. El sagrario se conforma como una portada románica, en la puerta, la Santísima Trinidad, en el tímpano la Última Cena realizada en marfil y en las arquivoltas de la rosca, una serie de querubines también de marfil. La curiosa representación de la Trinidad hay que entenderla con la figura de Dios Padre que preside la puerta, sujetando una Hostia que representa al hijo y la figura de la paloma del Espíritu Santo. Las arquivoltas descansan en cuatro columnas con cuatro imágenes que corresponden a los cuatro evangelistas labrados en marfil, al igual que los dos querubines que los flanquean. En lo más alto un friso corrido con pequeñas figurillas a modo de canecillos y en el centro sobre la clave del arco una pequeña figura de Cristo Crucificado.

Por encima del sagrario y a menos altura que la Virgen, cuelga una cruz forrada de latón, con la figura de Cristo en bronce, obra del escultor pamplonés Alberto José Orella Unzué.

En el suelo del presbiterio podemos ver un mosaico restaurado en ladrillo y esmalte de estilo gótico mudéjar, del siglo XV con el escudo del monasterio en el centro de una gran estrella.

Las cuatro capillas absidiales que se abren a la nave del transepto guardan la misma configuración arquitectónica: planta cuadrangular y bóveda de crucería con gruesos nervios planos apoyados en columnas. En el testero un arco apuntado inserta un doble vano separados por un parteluz en forma de arista labrada. Ver las capillas absiales.