Danificada posteriormente pelas invasões islâmicas do século XII, terá sido reconstruída, como testemunha o capitel fragmentado encontrado na igreja e atualmente exposto no Museu Nacional Machado de Castro. A sua planta seria muito semelhante, até nas dimensões, à Igreja de Santiago, que subsiste hoje no extremo oposto da Praça do Comércio.

Uma das portas da antiga igreja românica ficaria voltada para o atual Adro de Cima da Igreja de São Bartolomeu, junto da qual se erguia a torre sineira da igreja. As torres de sinos das igrejas românicas da cidade não ficavam, por norma, adoçadas aos próprios templos como hoje é habitual, erguendo-se a alguma distância dos mesmos. Escavações arqueológicas realizadas nesta área revelaram que, algumas das casas que têm fachada para o Adro de Cima, ocupam a posição onde antes se erguia a torre sineira da igreja românica.

Na edificação do século XVIII estiveram presentes o arquiteto Manuel Alves Macamboa, o pintor Pascoal Parente (autor da tela do retábulo principal representando o martírio de São Bartolomeu) e o entalhador João Ferreira Quaresma. A simplicidade da sua fachada, é complementada por duas torres sineiras de coruchéus trabalhados e um portal de colunas salientes, sobre o qual assenta uma janela com balaustrada.