A escasos metros del monasterio de San Pedro de Arlanza, por un camino que atraviesa un frondoso bosque de encinas, sabinas y carrascas, se encuentran las ruinas de la ermita de San Pelayo o San Pedro el Viejo de Arlanza. Situada en lo alto de un peñón, desde ella se divisan unas fabulosas vistas del río Arlanza.
Su antecedente inmediato es la Cueva de La Ermita o de San Pelayo, situada varios metros más abajo, descendiendo por la abrupta ladera que mira al río. En esta cueva se han hallado restos de Homo neandertalensis. Puede que también fueran ocupadas por eremitas de la Alta Edad Media y es más que factible que sea en esta gruta donde se sitúe la sección de El Poema de Fernán González en la que el conde Fernán González, persiguiendo un jabalí blanco, encontró una cueva santa donde habitaban los eremitas Pelayo, Silvano y Arsenio. Allí Pelayo profetizó al conde castellano su victoria sobre las huestes cordobesas.
Por desgracia, el estado actual del monumento es de completo abandono. No existe cubierta y el interior está cubierto de maleza y escombros. Este es el edificio primigenio del monasterio de San Pedro de Arlanza. El monasterio románico actual, situado en un llano junto al río, se comenzó a construir en el año 1080.
Tradicionalmente se data su fundación el 12 de enero del año 912 aunque basándose en un documento muy interpolado que cita como fundador al conde Fernán González. Lo más probable es que el fundador fuera o bien el conde Gonzalo Téllez o el padre de Fernán González, Gonzalo Fernández. En este monasterio serán enterrados el conde Fernán González y su esposa Sancha.
La ermita de San Pelayo muestra diversas fases constructivas. La primera fase es prerrománica, posiblemente del fines del siglo IX o inicios del siglo X. En ella se conforma una planta rectangular o de salón de 14 x 7,5 m. realizada con sillares algo irregulares. Seguramente tuvo una cubierta de madera. Se abren dos puertas en el muro sur: una actualmente es de estilo románico; la otra en el ángulo oriental del muro.
El elemento más claramente prerrománico es el ábside. Es rectangular en el exterior (2,9 x 3,3 m) y cuadrado en el interior (2,4 x 2,45 m.), con muros de sillería y cubierta con una bóveda sobre pechinas. En el muro oriental se abre una ventana, tallada en dos sillares, rematada con un arco de medio punto y con cierto abocinamiento. En el testero este abre dos vanos asaeteados de los que sólo quedan las jambas con el remate como se puede comprobar tanto en el interior como en el exterior.
En época románica se construyeron la caja de los muros, en sillería, y en la fachada sur se abrió una portada con arco de medio punto simple, sin decoración, con chambrana de nacela.
En época gótica se añadió una ventana geminada en el muro a los pies. En la columna de separación se puede apreciar un escudo con una flor de lis y unas llaves que es un elemento reciente pues el escudo anterior fue arrancado en 1984.
Posteriormente se recrecieron los muros de la nave con mampostería y se añadió una espadaña sobre la ventana geminada gótica. Envolviendo al ábside prerrománico hay una construcción muy posterior, con una superficie de unos 50 metros cuadrados.
¿Estaba la ermita comunicada con la cueva?
Según Enrique Flórez, quien escribe en el siglo XVIII, esta ermita estaría comunicada por una abertura a modo de silo con la Cueva de La Ermita que se encuentra más abajo:
Debajo de esta ermita hay una gran cueva de larga concavidad, a la cual se baja por una boca a modo de silo desde dentro de la ermita, y en la misma cuesta hay otra puerta o ventana exterior hacia el río, pero de entrada muy difícil y peligrosa en el tiempo presente
Es factible que siendo la cueva el eremitorio original estuviera comunicada con la ermita facilitando así la subida y bajada de los monjes y aprovechando la cueva como almacén o habitaciones adicionales. Hoy en día no se puede apreciar rastro de dicha comunicación. Seguramente solo una intervención arqueológica pueda arrojar luz sobre esta pregunta.