El más antiguo vestigio constructivo de Marmolejo, testigo de su fundación, es la torre del castillo de La Aragonesa, en el límite de Jaén y Córdoba, de base rectangular, con tres ángulos rematados por torreones macizos cilíndricos de mampostería, adelantados para favorecer la defensa; una torre cuadrada del homenaje, en el lado noroeste, bien construida en sillería regular; y lienzos de murallas de tapial de calicanto, originalmente almenados en los muros de unión de las torres. Es una obra compleja, atribuible sin duda a un excelente arquitecto militar. 

En 1985 fue declarada Bien de Interés Cultural. 

Durante el Renacimiento se construyó un puente de piedra sobre el Guadalquivir con siete ojos, dos de ellos desiguales, con fuertes contrafuertes cilíndricos terminados en conos. Se trata de una obra armónica en su conjunto y, como el Castillo de la Aragonesa, trabajada con meticulosidad y oficio. 

A partir del siglo XVII se levantó la iglesia parroquial de Nuestra Señora de la Paz, con planta en forma de cruz latina, que acoge una sola nave cubierta con bóveda de cañón, provista de coro a los pies y torre prismática en !a fachada. El crucero, de ladrillo y estuco, se cubre con media naranja sobre pechinas con abundante decoración vegetal en torno a un tondo vacío. La fachada occidental presenta una portada con arco de medio punto con pilastras toscanas a ambos lados y entablamento con pináculos; y, en su extremo, se levanta la torre de base cuadrada, campanario ochavado y chapitel. 

En el interior del templo se cuidaron especialmente los retablos. Los documentos de archivo informan que, en 1611, el obispo ordenaba al marmolejeño Cristóbal López, bajo pena de excomunión, que pagara al retablista Sebastián de Solís "los 400 reales" que le adeudaba. Dos retablos en madera policromada y dorada fueron importados, en el siglo XVIII, nada menos que desde un convento dominico de Benavente (Zamora): el mayor, de gran efectismo teatral, en forma de cascarón con tres calles -divididas por columnas corintias y decorado con rocallas y ángeles- y ático, con llamativa iconografía del Espíritu Santo; y el colateral, con un cuerpo y ático en el que aparece un relieve de la Sagrada Familia en estofado. De menor interés es el retablo del brazo del crucero, de 1950, que sirve de marco a un Crucificado de talla. 

Entre los objetos de interés de la parroquia figuran asimismo: la custodia del siglo XVII, en metal dorado con esmalte, y los relicarios de plata que se conservan en la sacristía; y, de la posguerra, una imagen de la Inmaculada sobre un trono de nubes y ángeles en madera estofada y policromada, dos cálices de plata en su color, portaviáticos y el sagrario de plata inspirado en los bizantinos y románicos. 

La ermita de Jesús, también de origen barroco, tiene planta rectangular cubierta por media naranja, coro, presbiterio elevado -por el que se accede al camarín donde se venera la talla en madera policromada de Jesús Nazareno- y, en su exterior, dos portadas de piedra, la principal con espadaña. 

Entre las esculturas del siglo XX de Marmolejo destacan una sensual Venus, en hierro, en el Balneario, de gran dinamismo modernista al gusto del primer tercio del XX; la Danza y el Deporte, erigidos en el parque, en piedra de mercadillo, por Antonio González Orea en los años 60; y el Monumento a la Constitución de 1978, de Fuentes del Olmo, verticalizado, estilizado y con carácter metafórico a medio camino entre el realismo y la utopía, expresado a través de una figura de mujer. 

En las proximidades del puente renacentista sobre el Guadalquivir se levantó, en el primer tercio del siglo XX, el Balneario, especializado en la toma de aguas medicinales para dolencias del aparato digestivo y renal. Se trata de un vistoso edificio de lexicografía más bien ecléctica que historicista, que se vertebra en dos alas poligonales cubiertas por terrazas y un cuerpo central con dos plantas. Sus vanos son rectangulares, variados y simétricos y subrayan su prestancia las cuatro torres-mirador y el inclinado tejado de saliente cornisa con dosel de hierro y soportes de madera, al gusto de la arquitectura ferroviaria de la época. A principios del presente siglo se ha sometido a una interesante rehabilitación y recuperación del edificio y su entorno. 

Durante los años que siguieron a la Guerra Civil dejó su huella en la ciudad el arquitecto de Regiones Devastadas Ramón Pajares Pardo, tanto en obras institucionales como privadas. Entre las primeras cabe destacar el Mercado de Abastos de San José (1953), con lonja que abre la entrada principal y naves a partir de porches abiertos formando un patio interior; y el Cuartel de la Guardia Civil (1956), situado en el centro de la población, con tipología en forma de "U" cerrada por una crujía de elementos auxiliares y esquemáticas garitas con troneras en las esquinas. En cuanto a los encargos particulares que realizó merecen destacarse el Cine Español, en el que logra una interesante expresividad combinando elementos y formas tradicionales con otros racionalistas y modernos. 

También a la posguerra pertenece la capilla de San José de la Montaña, en ladrillo y estuco, dentro de la estilística neobarroca tan de moda entonces, con planta rectangular dividida en tres tramos por pilastras y arcos fajones y cubierta por bóveda de cañón. 

Marmolejo cuenta además con otras dos torres medievales declaradas Bien de Interés Cultural: la Torre del Cerro de la Atalaya y la Torre frente a la Casa de Santa Amalia.

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