Le temple a des origines lointaines bien qu'en tant qu'église chrétienne sa construction a commencé au XIIIe siècle.
Le temple a été bâti sur une ancienne mosquée musulmane qui était elle-même une église du temps de Recaredo, au VIe siècle. Le roi San Fernando et l'archevêque posent la première pierre en 1226. Postérieurement, les quinze chapelles du déambulatoire ont été achevées. Vers 1300, la nef du transept est terminée mais les travaux se sont poursuivis pendant les deux siècles suivants.
Le plan est de cinq nefs et ses dimensions sont de 120 mètres de long et 59 de large. La toiture est soutenue par 88 colonnes. Les vitraux polychromes datent des XIVe, XVe et XVIe siècles. Le retable de la grande chapelle, de cinq registres, révèle des scènes du Nouveau Testament avec des sculptures polychromes en grandeur nature en bois doré au feu. Il a été commandé par le cardinal Cisneros et réalisé entre 1497 et 1504. La chapelle Santiago, du XVe siècle, est de style gothique flamboyant et héberge les sarcophages connétables de Castilla don Álvaro de Luna et de son épouse, doña Juana de Pimentel. L'impressionnant coro est considéré comme le plus grandiose de la chrétienté. La grille qui le limite est de Domingo de Céspedes. Les stalles du coro bajo ont commencé à être réalisées au XVe siècle, avec des scènes de reddition de places et forteresses jusqu'à la conquête de Grenade.
L'autel, réalisé au XVIe siècle par Alonso de Berruguete et Philippe Vigarni est composé de 72 fauteuils de cérémonie. Le dénommé Ochavo est une somptueuse pièce de la fin du XVIe s. dédiée aux martyrs et aux témoins du Christ qui garde des pièces d'une grande valeur comme le reliquaire de saint Louis, un buste de saint Jean-Baptiste ou la Croix du cardinal Mendoza. Dans la grande sacristie, nous pouvons admirer les œuvres de Lucas Jordán et du Greco.
