La catedral se asienta sobre los restos de un antiguo templo románico construido a finales del siglo XII.

La difícil orografía de Albarracín, asentada en una elevación rodeada por la hoz del río Guadalaviar, influye en la configuración del edificio, cuya planta se organiza en una sola nave con capillas laterales, gran capilla mayor ligeramente más alta con ábside poligonal, coro a los pies, y claustro y otras dependencias alrededor.

El acceso principal al templo se realiza, inusualamente, por la cabecera, a través de una sencilla portada barroca precedida por una escalinata.

[3]​ La estructura del templo está formada por una sola nave central con bóveda de crucería gótica, flanqueada por pequeñas capillas laterales ubicadas entre los contrafuertes.

[2]​ La capilla de las Ánimas, y lo que fue su sacristía anexa, exhiben interesantes pinturas murales en grisalla, datadas en el siglo XVI.