W 2003 roku rozpoczęto prace studyjne nad modernizacją floty okrętów typu Santa María. Głównym celem programu modernizacyjnego było wydłużenie eksploatacji jednostek tego typu. Prace obejmowały m.in. usprawnienie systemu przeciwpożarowego, wentylacji, odsalania wody morskiej, jak też montaż nowego systemu łączności satelitarnej. Wymieniono 4 generatory Diesla na nowe, usunięto z wyposażenia sonar holowany i zmodernizowano system kierowania ogniem Mk 92. Zmodernizowano także inne wyposażenie elektroniczne, wprowadzono nowe radary nawigacyjne i nowy system IFF oraz zmodernizowano centrum zarządzania walką. Przeprowadzona modernizacja nie była głęboka, tak jak miało to miejsce w przypadku innych okrętów typu Oliver Hazard Perry służących w obcych krajach (np. modernizacja fregat typu Adelaide). Decyzja o płytkiej modernizacji była związana głównie z kwestiami finansowymi oraz częściowo z ograniczeniami wynikającymi z konstrukcji jednostek. Wpływ na tę decyzje miał też fakt wprowadzania do służby nowych fregat rakietowych typu Álvaro de Bazán, które w znacznym stopniu odciążyły jednostki typu Santa María.