Su construcción se inició en 1148, un año después de que Alfonso Enriques conquistara la ciudad.

Tras la invasión por parte de los pueblos islámicos, algunos autores defienden que el edificio existente hubiese sido aprovechado para uso como mezquita, sin introducir reformas relevantes.

A fina del les del siglo XIII Dionisio I de Portugal construyó un convento gótico y su sucesor, Alfonso IV, convirtió la capilla principal en panteón real para sí y su familia.

[1]​[5]​ La voluntad del rey se quedó expresada en su testamento, fechado en 1345, en el que dice que A pesar de la prohibición medieval de enterrar a los laicos en el presbiterio, se hizo una excepción para el rey Afonso IV por su heroica actuación en la Batalla del Salado de 1340.

[6]​[5]​ En el siglo XIV, Lisboa y la Catedral se vieron afectadas por varios terremotos.

Un fuerte terremoto a principios del siglo XV provocó cambios en las obras, en esa época es posible que los arcos que conectaban el corredor del deambulatorio con el presbiterio estuvieran cerrados.

[6]​ La Hermandad finalmente dio origen a la Santa Casa de la Misericordia de Lisboa, institución caritativa católica que se extendió a otras ciudades del reino y colonias.

[1]​[6]​ En el siglo XVIII se reforma la capilla gótica la cabecera en estilo barroco.

[9]​[10]​ En las décadas siguientes, la Catedral pasó por varias reformas y una campaña de redecoración.

Durante esta obra se ejecutó un anexo en fachada norte, desde el brazo del transepto hasta donde ahora está la puerta de la misma fachada, este anexo funcionaría más tarde como la cámara del Patriarca.

Con esta obra la fachada norte acaba por perder todos sus ventanales románicos y solo queda de ella una puerta que tuvo que ser trasladada del primer tramo al tercero y ahora permanece semi-escondida entre ambas intervenciones góticas.

Estas obras se llevaron a cabo bajo el reinado de Alfonso IV.

Durante esta misma etapa de Alfonso IV hubo dos grandes terremotos: en 1337 y en 1344, por tanto, no es de extrañar que se llevaran a cabo todas estas transformaciones en el mismo periodo.

La catedral fue reconstruida en parte y, a principios del siglo XX, se le dio el aspecto que presenta en la actualidad tras una profunda restauración.

En los últimos años, diversas excavaciones han descubierto restos romanos, árabes y medievales en el entorno de la catedral.

La última campaña de restauración le dio un carácter revivalista, pero todavía se pueden distinguir muchos elementos originales.

[6]​ La fachada principal de la iglesia, orientada a poniente, fue muy modificada en las restauraciones del siglo XX, pero el esquema general de un cuerpo central con portal y rosetón flanqueado por dos altas torres contrafuertes sigue el trazado románico original.

[6]​ La torre norte sigue siendo en gran parte auténtica, pero la sur tuvo que ser parcialmente reconstruida tras el Terremoto de 1755.

[6]​[9]​ Las esculturas figurativas tienen diferentes temas: hombres peleando sobre leones, el Arcángel Miguel venciendo al dragón, una figura de reina (quizás representando una virtud) y tres pequeños personajes que podrían representar mártires de Lisboa.

[9]​ En la fachada norte también hay un portal de época románica, con capiteles con diferentes motivos y probablemente ejecutados por otros artistas.

[12]​ En este recinto se exhiben varias piezas de los siglos XVII, XVIII y XIX.

Iluminada con una vidriera con motivos navales en su interior se encuentra el sarcófago gótico con la estatua yaciente de Bartolemé Joenes.

No se conocen las razones para adoptar este plan, pero podría estar relacionado con las dificultades del terreno y el tejido urbano existente.

Además, una buena parte de la ciudad intramuros del siglo XIII tuvo que ser destruida para dar cabida a la nueva estructura.

[13]​ De hecho, consta en un documento que, en 1281, hubo actividad constructiva en la Catedral a cargo de un tal Miguel Martins, quizás relacionados con la preparación del terreno para la implantación del claustro.

[13]​ El claustro actual tiene tres alas en los lados norte, este y sur, cubiertas por bóvedas de crucería con ojivas.

Estas bóvedas presentan algunas "anomalías" formales debido a la inusual planta trapezoidal del recinto.

[6]​[13]​ En la esquina sureste del claustro, Augusto Fuschini construyó una ventana neogótica con balcón que permite ver el río Tajo.

[6]​ La Capilla de Santo Aleixo, cubierta por un arco abovedado, tiene cuatro arcosolios con tumbas con figuras yacentes.

Una magnífica pieza de orfebrería del siglo XVII que se estructura como una catequesis sobre la Eucaristía.