Ordoño II a construit le temple sur le site de son palais royal en signe de gratitude pour avoir vaincu les Maures à la bataille de San Esteban de Gormaz. Ses restes y ont été enterrés. Alfonso V a été couronné dans cet édifice en 999. L'infante Doña Urraca, fille de Fernando Ier, a favorisé la construction d'un nouvel édifice en brique et en maçonnerie, avec trois nefs terminées par des absides. Les vitraux de la cathédrale datent du XIIIe au XXe siècle et couvrent une superficie de 1 765 mètres carrés. Sous son sol se trouvent des hippocampes romains qui rendaient difficile la mise en place des fondations des piliers et provoquaient des filtrations d'eau.
