La iglesia de Santa María está ligada a la repoblación, en la Fundación del castillo y a la aparición de los primeros habitantes medievales de Talamanca. Parece que el edificio original tenía que ser una pequeña iglesia con una sola nave, pequeña y madera en el siglo XII fue substituido por el románico actual edificio. El resultado fue un edificio estructurado sobre la base de una sola nave con planta de cruz latina y ábside semicircular. En el siglo XVIII se convirtió en una importante expansión con la construcción de dos capillas laterales, la torre del campanario se recuperó y fue construido en una escalera de caracol espectacular para acceder a ella. También fue en este tiempo que usa ornamentos dentro de la iglesia con un retablo barroco, que fue destruido durante la guerra civil, pintando el techo y construir un corazón sobre la entrada principal.

La iglesia alberga el sarcófago del estilo gótico de Berenguer de Talamanca, Señor del castillo, que fue erigido por su esposa Blanca en 1325 para el crucero de la iglesia. Muy cerca de este sarcófago, hay una pequeña puerta que conduce a un túnel que conecta la iglesia con el Old Rectory, situado justo en frente de ellos.