El monasterio de las Agustinas Canónigas tuvo su origen en el siglo XIV en la localidad de Hornillos de Cerrato, bajo el nombre de Nuestra Señora de Belvis, por iniciativa de Martín Pérez de Zamora, prior de Santa María de Valladolid. En 1.589, la comunidad se trasladó a Palencia, donde comenzó la construcción del actual convento. Seis años después, en 1.595, las monjas de Santa Eugenia de Vertavillo se unieron a la comunidad, consolidando la fundación.
El edificio conventual conserva su fachada de ladrillo con zócalo de piedra y una portada del siglo XVI en sillería, con arco de medio punto flanqueado por columnas jónicas estriadas. Reformado en el siglo XX por el arquitecto Jerónimo Arroyo, el convento incorporó elementos neoplaterescos y mudéjares.
A finales del siglo XX, las monjas decidieron trasladarse a las afueras de la ciudad, dejando el conjunto monástico en manos del Ayuntamiento de Palencia. La iglesia, tras un tiempo de cierre y uso expositivo, fue reabierta al culto bajo la advocación de San Agustín.