La iglesia de San Pablo se encuentra en la plaza de San Pablo, lugar donde se hallan también el palacio Real y el palacio de Pimentel, los llamados sitios reales en siglos pasados. Se encuentra adosada al colegio de San Gregorio y próxima al resto de sedes del Museo Nacional de Escultura. Fue construida entre 1445 y 1616 y pertenece a la orden de los dominicos.
En esta iglesia fueron bautizados los reyes Felipe IV y Felipe II y fue visitada por Napoleón.
La iglesia es del tipo gótico isabelino. Presenta una sola nave con capillas abiertas entre contrafuertes, coro alto a los pies y crucero muy marcado en planta y alzado. El ábside principal es de planta ochavada y todo se cubre con bóvedas de crucería gótica: la bóveda de la nave descansa sobre ménsulas renacentistas realizadas hacia 1540.
En la fachada se distinguen dos partes claramente diferenciadas:
La primera parte, hasta la imposta que se encuentra encima del rosetón central, en la que se distinguen varias gárgolas y limitada lateralmente por dos agujas. Sobre la puerta, resuelta con arco conopial de perfil ondulado. Entre un gran arco carpanel dispuesto a manera de colosal guardapolvo se halla un relieve con la escena de la Coronación de la Virgen.
La segunda parte de la fachada, compartimentada en espacios rectangulares, llega desde la imposta hasta el límite inferior del frontón triangular superior. La mentalidad clasicista explica la claridad de su ordenación y para su decoración se utilizaron esculturas góticas, algunas próximas al taller de Gil de Siloé y se tallaron otras para la ocasión.
Por último, la fachada se remata con un frontón triangular. Sobre un fondo de escamas hay un escudo de los Reyes Católicos, que corona toda la portada. El frontón presenta una idéntica unidad estilística con el cuerpo bajo de la misma forma, corresponde también a la obra de Simón de Colonia, pero en cambio, la decoración que le envuelve no es gótica sino renacentista.
En la capilla mayor se encuentra enterrado Francisco de Sandoval y Rojas, primer duque de Lerma, junto a su esposa, aunque las esculturas funerarias, realizadas en bronce, se encuentran formando parte de la colección del Museo Nacional de Escultura.