Aunque en 1435 la antigua parroquia adquirió la categoría de Colegiata canónicamente unida a la de San Martín de Albelda, no es hasta los primeros años del siglo XVI que el cabildo se propone renovar el templo.

En 1510 comienza la nueva obra y en abril de 1516, el cabildo y parroquianos de Santa María de la Redonda conciertan con el maestro Juan de Regil la construcción de la obra según las trazas que le presentan. Es en 1537 cuando se concluyen las obras del nuevo templo colegial.

Este nuevo edificio, de estilo Reyes Católicos, nació bajo una traza encorsetada entre dos calles ya existentes, Herbentia y Caballerías, que impidieron la construcción de un claustro procesional y un cementerio exterior. El plano más antiguo que se conserva, de 1530, ofrece la distribución de las capillas laterales entre las familias de la burguesía logroñesa y la parcelación de todo el suelo en cuadriláteros sepulcrales.