El arquitecto que construyó el conjunto patrimonial más importante de San Carlos del Valle, compuesto por iglesia, plaza y mesón, fue Juan Alejandro Núñez de la Barrera. Las obras de la Iglesia se empezaron el 18 de septiembre de 1713 y finalizaron el 13 de septiembre de 1729. Pese a que la intencionalidad aparente era dar respuesta a unas necesidades populares de devoción al Santo Cristo, el verdadero objetivo construir un gran conjunto que simbolizara el poder de la Corona Española; la combinación de la devoción religiosa y de la exaltación de la realeza es lo que confiere a San Carlos del Valle su originalidad arquitectónica.

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El conjunto se configura en torno a la iglesia con la intención de crear una plaza que sea el marco idóneo para la fiesta religiosa y pagana, pero dominada por la gran magnitud del templo. Todo ello respondía a la idea de la Fiesta Barroca en la que el escenario, la teatralidad, los efectos y los símbolos eran utilizados por los poderes para emitir los mensajes deseados; así se conseguía aunar religiosidad popular con el reflejo del poder de la Iglesia y, por extensión, de la Corona. El templo sirve por tanto como un telón de fondo que decora el escenario de la fiesta configurado por la plaza.

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La iglesia está concebida como un inmenso cubo al que se superponen cuatro torres en sus ángulos y una enorme cúpula que emerge sobre el edificio, que determina al templo como elemento dominante de la plaza. La Iglesia del Santísimo Cristo del Valle es un lugar de peregrinación elegante, refinado y cortesano, a pesar de su construcción tosca y popular; su fachada exterior está construida en ladrillo, excepto en las partes nobles en las que se emplea piedra. La fachada principal está compuesta por una grandiosa portada que marca el eje de todo el edificio y que servirá como reflejo de la arquitectura interior plasmada en el presbiterio. En el primer cuerpo de la fachada se abren dos ventanas, que flanquean la portada con un alféizar labrado en piedra terminado en dos volutas. El segundo cuerpo está conformado por la sobreelevación del arco cimbra que cubre la portada y las torres. El tejado del edificio se recubre con una inmensa cúpula rematada por la linterna y un esbelto obelisco. Los cuatro ángulos del edificio, donde comienzan las torres, se decoran con figuras humanas tratadas de una forma tosca y grotesca, que se sitúan sobre pedestales. Estos personajes están ataviados con el traje popular de la época; grandes sombreros, ropas campechanas, una guitarra, una pandereta y un odre de vino, por lo que es plausible pensar que querían representar al vulgo que cantaba y bailaba durante las fiestas del pueblo. La portada principal da a la plaza y está concebida como un gigantesco retablo.

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El interior de la Iglesia es de planta de cruz griega inscrita en un cuadrado. Su interior es de gran sencillez: el recinto está cubierto por una gran cúpula encamonada compuesta por tambor, media naranja y linterna sobre anillo moldurado. Los complementos que configuran la cúpula poseen una decoración geométrica que termina en volutas y en cartelas en las que aparecen alternados decoraciones con flores de lis y corazones llameantes, símbolos de la monarquía borbónica y del amor divino respectivamente. La cúpula descansa sobre cuatro pechinas, en las cuales están pintadas las imágenes de los cuatro evangelistas: San Juan (águila), San Lucas (buey), San Mateo (ángel) y San Marcos (león).

 

Entre los años 1740 y 1770, todos los esfuerzos se centraron en conseguir que el interior del templo del Santo Cristo estuviera bellamente ornamentado. De esta forma, bajo la estricta supervisión de las autoridades eclesiásticas, se compraron lámparas y alfombras, y se encargaron tres nuevos retablos (uno central y dos colaterales). La iglesia en su interior queda formada por un presbiterio. En el lado de la Epístola se construyó el coro, y frente a este se encuentra la capilla dedicada al Cristo del Valle, una pequeña joya tanto por su arquitectura como por su decoración. Comunicadas con esta capilla se encuentran la antesacristía y la sacristía (antigua ermita de Santa Elena), que siguen las mismas tipologías que el resto del edificio y que destacan por sus ricas cajoneras de madera.

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En 1892, durante la Cuaresma, un rayo cayó sobre la torre central, penetrando en el interior y provocando un gran incendio. Los daños se centraron en la torre central, que tuvo que reconstruirse. Más tarde, en 1925, se volvieron a hacer obras en esta torre, aligerando su peso para evitar que la estructura general soportara tal carga.

La Iglesia del Santísimo Cristo del Valle fue declarada Bien de Interés Cultural con categoría de Monumento en el año 1993.