Quintanilla de Onésimo disfruta de una belleza singular, no sólo por sus edificaciones, sino también por su localización, su entorno paisajístico y su relación con el Duero.

Entre su caserío se levanta la Iglesia de San Millán, de estilo renacentista, del siglo XVI, de la cual se conserva con gran orgullo el ábside y el retablo manierista de Jerónimo Vázquez y Giralte.

También en la calle central del pueblo, antigua carretera nacional que une Valladolid con Soria, se encuentra la Ermita de San Roque, también renacentista y del siglo XVI, con una talla de Cristo de tamaño mayor de lo normal del mismo siglo, así como tres esculturas de papelón de relicarios.

Otros edificios de interés son la Casa de Cultura: antiguo caserón del siglo XIX, de piedra junto al río, propiedad de los marqueses de Pesquera en su tiempo, y el antiguo molino.

Como monumento de gran interés, está el puente renacentista del siglo XVI que sirve para unir las poblaciones de Olivares de Duero y Quintanilla. Es el único puente sobre el Duero desde Tudela hasta Peñafiel.

En su entorno se conservan antiguas tejeras, chozos de pastor y un silo de grano, y es peculiar el conjunto de  Fuente de la Aceña, formado por un molino del siglo XVI y una antigua fábrica de harinas. En Quintanilla de Onésimo arranca el Canal del Duero, junto al puente renacentista. El río mismo posee un gran encanto paisajístico y natural, con un excelente bosque de Ribera y dos islas fluviales, una de ellas unida a la orilla mediante pasarela.

La localidad ofrece la posibilidad de realizar tres rutas de senderismo: la ruta entre el río y el Canal del Duero, (que nace en el centro del pueblo); la ruta del monte, que sigue el trayecto de una antigua cañada; y la ruta de la Ribera, siguiendo el curso del río. Durante estas rutas, se pueden hacer unas magníficas fotos en el canal o en el río, desde los páramos.