El alzado en cruz latina es netamente románico, pero con detalles ya propios del gótico. Así puerta principal, al sur con sus seis arquivoltas muy apuntadas con austera decoración de baquetones, flores cruciformes, hojas de acanto y puntas de diamante o estrellas.

Los hastiales norte y sur del crucero, con frontón apuntado que remata en un círculo con una cruz florenceada, dan luz al interior por dos rosetones que son dos estupendos ejemplos de celosías románicas concéntricas con tracería musulmana. En el claustro de la catedral de Tarragona se puede encontrar unas celosías con un tipo de tracería muy similar, tanto que se dirían hechas por el mismo artista.

La planta de la nave central es igual a cuanto áreas cuadrangulares, más las dos áreas relativas a las capillas del crucero: la geometría de un cubo desdoblado en el plano, Además hay que destacar un detalle que hace de San Bartolomé un caso atípico dentro de o que es la arquitectura religiosa soriana y la arquitectura religiosa en general. La nave del crucero es más baja que la nave central, por lo que no se tuvo que levantar un cimborrio en la intersección de ambas naves. No sabemos cuál pudo ser el motivo que llevó al arquitecto a tomar esta decisión, si se trata de una causa funcional o más bien al contrario debiéramos buscar otras razones de carácter más simbólico.

En el interior del templo, según Gaya Nuño, “esta impresión de iglesia semigótica se modifica un poco ante la estructura, en general, románica.

La nave central, de cuatro tramos abovedados con cañón muy apuntado, se divide por arcos fajones. Una imposta de medio junco muy grueso recorre la nave y sirve de ábaco a los capitales de robustas columnas, casi exentas, que sostienen los arcos fajones. Hacia los pies, en el tramo en que algunas ménsulas indican dónde estuvo el coro primitivo, los dos primeros capitales son de labor de rombos con cabezas, temas de sugestión bernarda, y los segundos de palmetas apenas esbozadas”.

En el ábside es notable la bóveda que lo cubre, ya totalmente gótica, con tres plementos que convierten el semicírculo en medio hexágono con un botón pegado al centro del fajón, del que arrancan dos nervios de cinco juncos. En opiniones de Gaya Nuño, “la presencia de esta bóveda gótica en muy lógica en una iglesia de templarios tan cercana a Osma, cuya catedral habían sido comenzada en el primer tercio del siglo XIII, en el más puro estilo gótico de la isla de Francia. LA iglesia de Ucero ni parece haberse terminado mucho antes, aunque su estructura sea románica, estilo en que se diseño su planta, alzado y abovedamiento.  

Otro aspecto que relacionaría San Bartolo con la arquitectura templaria es la correspondencia observada entre las columnas, en número de ocho, que soporta los arcos fajones y los contrafuertes exteriores, detalle observando en otras construcciones templarias como el convento de San Salvador en Horta de San Joan, en Tarragona.