LA ERMITA DE SANTA MARÍA DE BARRIO se encuentra debajo de Cellorigo, a una distancia aproximada de 500 m del mismo, junto a la carretera. Seguramente, tal como anuncia su nombre, sirvió de parroquial a un pequeño caserío, del que uno de sus habitantes sería Ozenari López de Barrios, fiador en la escritura de venta del monasterio de San Pelayo en el año 1049. Las noticias documentales más antiguas de Santa María de Barrio son de 1415, fecha en que el canónigo de Valpuesta, don Juan Martínez de Cellorigo, fundaba una cofradía llamada de Santa María y los Doce Apóstoles, vigente hasta el siglo XIX, y que se ocupaba de aspectos religiosos y de asegurar las honras fúnebres del fundador. En la iglesia románica, como veremos, se reaprovecharon restos de una iglesia más antigua, y, posteriormente, entre los siglos XVII y XVIII, se añadieron otros elementos y dependencias. Hay constancia documental de obras, que Lucas de Setién realizaba en la capilla de la epístola en 1660, y de otras para construir la casa del ermitaño en 1703, así como de un arreglo general de la ermita a mediados del siglo XVIII, al que quizá correspondió la ejecución de la sacristía. En la actualidad, la antigua iglesia construida con sillares y sillarejo se encuentra en estado de ruina, pero hay diversos elementos que permiten reconocer su estructura y cronología. Se trata de una iglesia románica, probablemente del siglo XII, de una sola nave con cabecera cuadrangular, mas estrecha y baja. La nave se cubría con techumbre de madera sobre muros de sillarejo, y la cabecera con una bóveda de cañón apuntado que aún se conserva. Esta bóveda arranca de una sencilla imposta, que recorre los muros norte y sur de la cabecera. De época barroca es el arco triunfal de medio punto sobre pilastras toscanas, que aún se conserva y, asimismo, la sacristía que estuvo en el lado norte de la cabecera, y una capilla con pórtico al sur de la nave. Sobre esa construcción estaba la casa del ermitaño, hoy todo en ruina, aunque puede verse el ingreso adintelado hacia los pies. En esas reconstrucciones se cegaron los vanos correspondientes a la primitiva iglesia: una aspillera en el centro de la cabecera, y también la puerta norte. Esta puerta cegada es el antiguo acceso, con arco de herradura ligeramente acusada sobre dintel monolítico, que se aprovechó de una construcción anterior para hacer la iglesia románica. También de esa primera fase puede ser alguna zona, como la parte baja del muro de los pies y del muro norte de la nave, dispuestos a soga y tizón. En el arco de herradura de Santa María de Barrio, el trasdós se aleja del intradós en las dovelas situadas bajo la línea del diámetro, lo que parece indicar una obra visigoda. Sin embargo, la combinación del arco y el dintel enlaza con formas constructivas asturianas y, en algún caso, musulmanas. En el monasterio de Suso de San Millán de la Cogolla hay dos vanos de similar tipología, con dintel monolítico descargado sobre arco de medio punto, que pertenecen al momento de ampliación del monasterio por Sancho III el Mayor en el primer tercio del siglo XI, mediante características de clara raigambre asturiana. El templo al que perteneció la puerta en arco de herradura de Santa María de Barrio sería, según Mª Ángeles de las Heras, una muestra de arquitectura de repoblación, con formas asturianas sedimentadas sobre tradiciones visigodas, y también posiblemente con influjos árabes, como parece adivinarse en dos capiteles de alabastro aparecidos en su interior. Estos capiteles que proceden de Santa María de Barrio, se hallan en la actualidad en la iglesia de San Millán de Cellorigo, y pertenecen con toda probabilidad a la iglesia prerrománica. Uno de ellos está labrado de forma similar por sus cuatro caras. Posee grandes volutas macizas en las esquinas, y collarino de doble sogueado, con decoración derivada del corintio muy esquemática, con técnica de bisel y algunos puntos de trépano. El segundo capitel es más sencillo, con collarino de sogueado simple, y una corona de hojas, volutas y hélices de igual tamaño y enroscadas como espirales, características que según Achim Arbeiter también pueden corresponder a un románico tosco. Según José Gabriel Moya Valgañón los capiteles serían mudéjares, entendiendo lo mudéjar como aquellas realizaciones llevadas a cabo por árabes en tierras cristianas, en el siglo X y quizá en el XI en la Rioja Alta, y que tradicionalmente se consideran mozárabes. Los investigadores Noack Haley y Achim Arbeiter ven en uno de estos capiteles, el de grandes volutas macizas en las esquinas, una imitación de los de tipo califal del siglo X corintizante, aunque el collarino de doble sogueado conecta la pieza con la serie leonesa de capiteles mozárabes. En La Rioja, los restos de esta época plantean dudas de adjudicación a antiguos cristianos o musulmanes. José Gabriel Moya Valgañón, sin desestimar el carácter mudéjar que atribuyó a los capiteles, y basándose en la documentación coetánea de Albelda, consideró también la posibilidad de que la primitiva iglesia perteneciera al siglo X, y fuera construida por mozárabes autóctonos, por ser esta zona de una repoblación menos intensa que en otras regiones, permaneciendo bajo la administración cristiana las mismas gentes que habían estado bajo el dominio musulmán. Hay que tener en cuenta que Cellorigo era plaza cristiana desde el año 880.