Katedra została wzniesiona na planie krzyża łacińskiego o wymiarach 84 na 59 metrów, posiada trzy nawy z wysuniętym transeptem, z głębokim prezbiterium i ambitem. Do głównej części katedry na przestrzeni wieków doklejono kilka budowli, m.in. za ołtarzem głównym powstała w latach 1482–1496 Capilla del Condestable, ufundowana przez konstabla Kastylii Pedra Fernándeza de Velasco wraz z żoną. Projektantem kaplicy był Szymon z Kolonii, który zaprojektował również fasady wież i kaplicę św. Anny. Innymi znanymi architektami byli Felipe de Borgoña, Juan de Vallejo i Juan de Castañeda. Ostatnie prace konserwatorskie wykonano w 1994 roku; kosztowały one 30 milionów euro.
W świątyni ulokowane grobowiec hiszpańskiego bohatera narodowego – Cyda. Stał się on jednym z symboli rekonkwisty, czyli walk chrześcijan z Maurami, które doprowadziły do wyparcia muzułmanów z Półwyspu Iberyjskiego.
25 stycznia 1869 roku w katedrze doszło do zamachu na gubernatora Isidoro Gutiérreza de Castro y Cossio. Po tym wydarzeniu Hiszpanię ogarnęła fala antyklerykalnych protestówCarl Sifakis, Encyklopedia zamachów, Warszawa–Kraków 1994, s.