A los pies de una gran roca blanca de la que toma el nombre Peñalba de Santiago (ver Conjunto etnológico de Peñalba de Santiago) fundó a comienzos del siglo X un monasterio San Genadio con la ayuda de los reyes de León que se construyó entre el 909 y 916. Salomón, su discípulo, reconstruiría parte del templo entre el año de 931 al 937 adaptándolo para sepulcro de su maestro, según su testamento. Se consagró en 1105 teniendo una vida floreciente hasta comienzos del siglo XIII.
Presenta en planta como una cruz latina configurada por una nave (11 por 5 metros) con ábsides contrapuestos y dos capillas o sacristías adheridas que formulan un inexacto crucero. La nave se divide en dos tramos de distinta altura separados entre sí y de los ábsides por arcos de herradura sobre columnas con capiteles corintios a los que se corresponden recios contrafuertes al exterior. En el primer tramo, en el sur, se abre una puerta enmarcada por alfiz con doble arco de herradura sobre columnas con fustes monolíticos, capiteles corintios con cimacios y basas áticas; en el lado opuesto otra puerta, sencilla. Los ábsides, el de la cabecera y presbiterio al este y el de los pies con sepulcros -de San Genadio y San Urbano- al oeste, aquél con planta ultrasemicircular y éste de medio punto peraltado en el interior y ambos cuadrangulares al exterior. Uno y otro se cubren con bóvedas gallonadas de siete cascos, con medio cañón el tramo segundo de la nave al igual que las capillas laterales; también lleva gallones, de ocho cascos, el primero y más alto de la nave a manera de cimborrio, elevándose sobre cuatro arcos de medio punto y responsiones que hábilmente salvan el paso de la sección cuadrada a la octogonal de la cúpula. Un alero recoge los tejados de los diversos volúmenes; descansa sobre modillones de lóbulos, hasta siete siendo más desarrollado el exterior mostrando rosetas talladas en los laterales.
Se conservan algunos restos de pintura mural con temas decorativos que fueron descubiertos en una prudente restauración realizada por Menéndez Pidal. Las nuevas prospecciones realizadas por la Fundación de Patrimonio de Castilla y León han permitido recuperar el conjunto oculto, de gran belleza.
En el lado norte, ya en fecha tardía y en estilo románico (primeros del XII), se adosó un lucillo sepulcral con vano doble de medio punto sobre tres columnas con capiteles abstractos.
Los muros del edificio están construidos con mampostería de pízarra (72 centímetros de media en su grosor); las columnas mozárabes con sus fustes, basas y capiteles con marmol gris y blanco pulido, estas, de la misma escuela que las de Escalada. El tejado se cubre con lajas de pizarra usándose igual material, pero en losas, para el solado.
Entre las preseas que tuvo el monasterio destaca la cruz votiva de Ramiro II, en el Museo de León, y el cáliz del abad Pelagio, en el Museo del Louvre.