En su interior se conserva un arco ultrasemicircular, prerrománico, que podría datarse en el siglo X, pero hay frisos reutilizados con motivos visigóticos presentes en San Juan de Baños, en la misma provincia de Palencia, que pudiera hablar de su existencia desde el siglo VII.
También su más que probable ubicación junto a la calzada romana que iba de Pisoraca (Herrera de Pisuerga) a Carrión de los Condes (Lacóbriga) Hay constancia documental del lugar desde principios del siglo XI, en una donación del lugar al monasterio de Oña.
Probablemente se trata de un antiguo santuario precristiano o cristiano, tanto por su ubicación, junto a un manantial copioso, como por la toponimia, molas, en latín medieval, de "cenizas", al no encontrarse rastros documentales de "molinos", la otra posible acepción.
El monasterio y su granja permanecieron habitados hasta mediados del siglo XIV, regentados por monjes.
Tras sucesivas restauraciones, que incluyen un pequeño artesonado del siglo XIV sobre el altar, el edificio ha sufrido muchas transformaciones, una última restauración "sui géneris con ladrillo cara vista en 1980.