Algunos estudios actuales afirman que se levanta sobre un antiguo anfiteatro o arenas romanas.
Aunque pronto se firmó un contrato para construir uno nuevo de estilo flamígero, que quedó acabado en 1429 y al año siguiente, fueron colocadas las vidrieras del mismo.
Después de 1938 se empezaron a derribar las bóvedas del deambulatorio alzadas en el siglo XVI para albergar el archivo parroquial, aprovechando la gran altura.
Continuamente se subraya la horizontalidad, marcándola con molduras, cornisas y superficies planas, como si se quisiera evitar una excesiva sensación de altura (a pesar de ser, en realidad, un edificio bastante alto).
Globalmente el edificio forma un bloque compacto, sin secciones de pared en diferentes profundidades (solo las correspondientes a las naves) típicos del gótico europeo.
La fachada principal queda enmarcada por las dos torres octogonales (forma que se repetirá en las columnas del interior) y los dos poderosos contrafuertes que enmarcan el rosetón y transmiten la amplitud de la bóveda interior.
La austeridad general es aún más manifiesta en los laterales, formados por una pared plana sin decoración que cierra el espacio entre los contrafuertes y permite la presencia de capillas interiores.
En el inferior, correspondiente a las capillas laterales, se abren estrechos ventanales, relativamente pequeños, que ritman la pared y corresponden cada uno a una capilla interior y cada tres al espacio entre los contrafuertes.
Por eso separa bastante los pilares (15 metros) e iguala mucho las alzadas de las tres naves (1/8 menos las laterales que la central).
Estos óculos se convierten en ventanales entre las columnas del presbiterio, los cuales ocupan casi todo el espacio disponible y contribuyen a reforzar el efecto de las columnas con un semicírculo de luz.
Su riqueza decorativa fue destruida tras los disturbios de 1936, aunque subsisten lápidas relacionadas con el mundo marinero.
En el 2019, la plataforma Netflix creó una serie homónima, basada en el libro de Ildefonso Falcones La catedral del mar.