La chiesa di Santa Maria in Pantano è una delle più antiche ed interessanti dell'Umbria. Una tarda leggenda la vuole edificata nel V secolo dal magister militum Severo sui ruderi di un edificio o di un tempio pagano della Civitas Martana. 
Ed in effetti la chiesa è annidata nel vano di un edificio tardo imperiale, del quale sono visibili le murature laterali in opus reticulatum con ricorsi di mattoni, nella fiancata destra della chiesa; opus che ricorre anche nel muro esterno, parallelo alla stessa fiancata.
Molto più probabilmente la chiesa fu edificata ad unica, grande aula absidata tra il VII e il VIII secolo, aggiungendo all'edificio romano la parte presbiteriale e absidale, leggermente sopraelevate e con le murature in opus spicatum. Tra il X e l'XI secolo l'aula venne divisa in tre navate, forse per diminuire la portata della travatura. Le pareti divisorie delle navate, alleggerite in alto da finti matronei, poggiano su quattro arcate sorrette da colonne in travertino dai capitelli a tronco di piramide rovesciata, della stessa epoca. Tale divisione non fu completata nella parte absidale, lasciando così indenne l'antica abside che risulta tuttora più grande della navata centrale. L'abside, scandita esternamente da ampie arcate che richiamano motivi in uso nella laguna veneta, per la rozza tessitura muraria ad opus spicatum, può considerarsi la più antica dell'Umbria, dopo le chiese paleocristiane. Annesso alla chiesa fu poi costruito un monastero, retto dai benedettini che bonificarono e resero fertile la località, spesso inondata dal torrente Tribbio, come chiaramente indica il toponimo in pantano.
Da un documento farfense del 1115 apprendiamo che la chiesa era alle dipendenze del monastero di Farfa, al quale era stata donata nel 1104 dal conte Rapizzone insieme ad alcune terre e castelli. Un altro documento dell'imperatore Enrico V confermava a Farfa il possesso della chiesa nel 1118.
La facciata, del XIV XV secolo, non lega bene con i muri romani laterali, ed è caratteristicamente pendente in avanti; un portale ad arco acuto, in conci alternati bianchi e rossi con cornice marmorea, ed un bel rosone ne abbelliscono la semplice struttura rettangolare.
Nell'interno, diviso in tre navate, si conservano urne cinerarie, frammenti decorativi romani e numerose iscrizioni. Notevoli il grande capitello corinzio riutilizzato come sostegno dell'ultima arcata di destra; i frammenti dell'antico pavimento a mosaico e ad opus spicatum, ritrovati in recenti lavori di restauro; il grande cippo con l'iscrizione che ricorda i Vicani Vici Martis riutilizzato come base per l'altare maggiore.
Interessanti anche gli affreschi delle pareti. Su quella di sinistra alcuni frammenti e un bel Crocifisso ligneo del XIII secolo; sulla prima colonna di destra una sinopia con Santo che tiene un papiro; sull'altare della navata destra Madonna con il Bambino tra Santa Barbara e Sant'Antonio Abate del XV secolo, opera di Niccolò di Vannuccio; sulla parete posteriore un affresco con raffigurati Sant'Antonio Abate, San Pietro, San Fortunato e Sant'Onofrio del XIV secolo; al centro dell'abside Madonna con il Bambino (sec. XIV-XV), al quale furono aggiunti posteriormente San Felice e San Benedetto. Sulla sinistra una Crocifissione con San Severo e San Francesco (sec. XVII).
A destra della facciata, attigua ad un alto muro romano, si eleva una torre quadrata
con coronamento ad archetti medioevali del XIV secolo. A sinistra della chiesa, sul muro esterno dell'ex monastero, è murata un'urna funeraria romana con bassorilievo raffigurante il Sacrificio di Ifigenia: da sinistra si scorge una figura maschile nuda che tira a sé una figura con l'himation sul capo (forse Agamennone), poi un albero stilizzato, un uomo che tiene per i capelli una figura più piccola che fugge (forse Ifigenia), un'ara con dei simboli e tre guerrieri con lancia. Da notare che la torre e la facciata della chiesa di Santa Maria in Pantano non sono in linea con la strada moderna ma con quella a destra che segue il percorso dell'antica via Flaminia.