La villa de Atienza fue reconquistada a los árabes por Alfonso VI en 1085, pero durante unos años fue víctima de algunas incursiones almorávides que no cesaron hasta que Alfonso I de Aragón, el Batallador, la recuperó definitivamente para los cristianos en 1112. San Bartolomé se construyó extramuros junto al recinto amurallado mandado erigir por Alfonso VII, y quedó al amparo del cerco murario cuando Alfonso VIII acometió las obras del tercer y último recinto. De su época románica conserva parte de la cabecera, la galería porticada y el husillo que daba acceso a la espadaña. Se trata de un templo construido alrededor de 1200 al que se han ido adosando dependencias posteriores que ocultan casi por completo la fábrica original, consistente en nave única, testero recto y pórtico.
Fue parroquia de Atienza hasta 1910, momento en que pasó a depender de San Juan del Mercado, la iglesia sita en la plaza porticada Bruno Pascual. Actualmente es sede de un museo dedicado al arte religioso y a la paleontología.
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