El rei Sanç va decidir convertir Jaca en una ciutat digne d'un rei com ell. Així doncs també va decidir crear una seu episcopal que va donar al seu germà, l'infant García. Així doncs es comença edificar una gran catedral entre els anys 1076 i 1082. Com tots els temples romànics, s'inicia per la capçalera. En 1082 el perímetre de la seu ja està acabat, però degut als enfrontaments entre el monarca i el bisbe les obres s'aturen. Quatre anys més tard mor el bisbe García i el succeeix Pere de Jaca.

No fou fins l'any 1104 que es reprenen les obres, ja que els interessos de la monarquia s'havien desplaçat cap a Montearagón, Loarre i San Juan de la Peña. Alfons I torna a donar un impuls a la catedral de Jaca permetent acabar-la en 1130. En aquest moment Osca ja s'ha consolidat com una plaça forta i el poder eclesiàstic i reial es traslladen cap allà. Això fa que la seu jaquesa perdi poder e importància.

El temple té planta basilical de tres naus, separades per arcs formers de mig punt que es recolzen en pilars alternant els de tipus cruciforme amb els circulars. Les naus acaben en tres absis semicirculars. Aquesta planta va ser copiada exactament a l'hora de construir el temple de San Millàn a Segòvia.

Aquests pilars també havien de servir per recolzar els arcs torals de la volta de canó, que no es va arribar a construir mai. Es creu que el temple es va cobrir amb coberta de fusta. Aquesta hipòtesis està fonamentada en que els murs laterals no són suficientment gruixuts per suportar el pes d'una volta d'aquestes característiques i tampoc hi ha restes de cap contrafort. De totes maneres, el temple va patir diversos incendis que van fer que en 1520 es decidís cobrir les naus laterals amb voltes de creueria. Pocs anys desprès, en 1598, es fa el mateix amb la nau principal.

Només ens ha arribat la coberta del fals transsepte de les originals. En aquest cas si que es va construir una volta de canó, però perpendicular a les naus. En la intersecció amb la principal es va construir una gran cúpula de mitja esfera, reforçada per quatre arcs de mig punt. És la primera del romànic de la península i va servir de model per a la que es va construir en la torre campanar de la col·legiata de Santa Maria d'Ainsa.

Els capitells dels pilars circulars i on descansen els arcs torals i formers són molt interessants. Malgrat l'alçada a la que estan col·locats val la pena aturar-se a contemplar-los.

Alguns d'ells es van col·locar en el seu lloc sense haver estat acabats, degut a les diverses aturades de la construcció de la seu i les presses per acabar-la. Solen ser de tipus clàssic, predominant els temes vegetals, els entrellaçats i els motius animals. També podem veure alguna figura humana esculpida.

Si bé els capitells són dignes d'admirar, també ho són les bases dels pilars. Podem veure un gran treball escultòric amb boles que les adornen. En alguns casos ens trobem amb un gran podi cilíndric guarnit amb una doble motllura cilíndrica en la part superior. Sobre ell trobem les bases de les semicolumnes adossades, també decorades amb boles.

L'absis principal va ser enderrocat en 1790. Les raons oficials van ser que hi havia humitats i filtracions, però en realitat va servir per a ubicar el cor darrera l'altar i per tant es va fer un absis de grans dimensions, molt allargat.

Interiorment es va decorar amb pintures de fra Manuel Bayeu Subías. En elles es representa a la Santíssima Trinitat, envoltada d'àngels i sants a la cúpula. En les parets laterals s'han representat escenes de la vida de Sant Pere, el titular de la catedral.

Exteriorment destaca per les seves dimensions. Les mènsules en que es recolza la teulada van ser aprofitades, en gran part, de l'anterior absis romànic.

L'absis del costat sud és el que millor ha superat el pas dels anys, mantenint-se pràcticament com quan es va construir, tot i que va resultar parcialment mutilat en construir-se el nou absis central. Està dividit horitzontalment en tres nivells, separats per motllures escacades. Verticalment també es divideix, en aquest cas en dos segments mitjançant una columna adossada (el tercer ha quedat dins l'absis central).

En la part central del cilindre absidal podem veure una gran finestra de mig punt, decorat amb una arquivolta que es recolza en dues columnes amb capitells esculpits.

També estan esculpides les mènsules en que es recolza la teulada.

Interiorment la finestra té les mateixes característiques que per la part exterior. Sota la finestra podem veure una imatge moderna de la Verge de Pilar. Està recolzada en un capitell reaprofitat. També estan reubicats en aquest absis els dos capitells esculpits que serveixen de base a l'ara d'altar. També és d'època romànica la forja que separa a l'absis de la nau. Malauradament, degut al fort contrallum que hi ha en aquesta zona, es difícil prendre fotografies i no puc adjuntar detalls dels capitells.

La portalada del costat oest està protegida per una gran pòrtic a mode de nau prèvia a les de l'interior del temple. Té forma de torre-portalada i va ser construït l'any 1080. Està cobert amb volta de canó rebaixada, reforçada per dos arcs torals que es recolzen en pilastres adossades al mur. Aquest accés és conegut com a Lonja Mayor.

Aquest recinte estava delimitat a banda i banda per dues parelles d'arcs de mig punt que recolzen en grans capitells esculpits amb motius vegetals. Els arcs del costat nord i el més proper a la porta del temple del costat sud estan cegats i contenen escultures d'èpoques posteriors.

La portalada està formada per sis arquivoltes de mig punt que es recolzen en un parell de columnes amb capitells esculpits. Aquests són de tipus clàssic. Tres d'ells estan historiats mentre que el quart està esculpit amb amb motius vegetals molt refinats. Envolta les arquivoltes un guardapols escacat.

Però sens dubte l'element més característic de la portalada és el seu timpà esculpit. En ell trobem el conegut crismó trinitari flanquejat per dos lleons. El de l'esquerra és el lleó misericordiós, que representa a Crist que perdona al pecador que es penedeix. Aquest està representat per una figura humana que hi ha entre les urpes del lleó i que porta una serp a les seves mans. El del costat dret té entre les seves urpes a un ós. És un lleó fort que venç al mal i a la mort. Tant el crismó com el dintell està esculpit amb inscripcions que alliçonen als fidels al voltant de com han d'actuar per aconseguir la Salvació Eterna.

Durant molts anys s'ha cregut que aquest ha estat el primer Crismó Trinitari i que ha servit de model a molts d'altres, com per exemple el de Sant Martin de Tours a Uncastillo o bé el de Santa Maria de la Santa Cruz de la Serós. En el cas d'aquest darrer, s'ha demostrat tot el contrari. El de Santa Maria de la Santa Cruz de la Serós no és un crismó trinitari, si no que representa una roda de carro i és cronològicament previ al de la Catedral de Jaca. Així doncs la composició dels dos lleons al voltant del crismó d'aquesta catedral es va inspirar en el de la Santa Cruz de la Serós.

Sota la teulada del pòrtic, novament, trobem mènsules esculpides amb motius geomètrics, vegetals i animals. 

En el mur sud de la catedral trobem una altra portalada, més antiga que la del mur oest, i que en el segle XVII va ser protegida amb un porxo. Aquest està recolzat en set columnes que tenen capitells reaprofitats de l'ala nord del desaparegut claustre, que es trobava adossat amb mur nord del temple. Aquesta porta es coneix amb el nom de Lonja Chica.

La portalada està formada per tres arcs de mig punt en gradació, protegits per un guardapols decorat amb un escacat. Al centre hi trobem un timpà on hi ha dos elements reaprofitats d'un tetramorf, que envolten el símbol de Sant Pere.

L'arc que envolta al timpà està esculpit amb palmetes, mentre que l'arc central es llis i es recolza en dues columnes amb els capitells esculpits. Aquests sembla que van ser reaprofitats d'una altra ubicació, ja que les cares empotrades al mur també estan esculpides. El del costat dret representa el Sacrifici d'Isaac. El del costat esquerre, en canvi, ens parla de la història de la Burra de Balaam, un adiví de Mesopotàmia que va ser cridat pel rei Balac per maleir al poble d'Israel. Tots dos capitells mostren un treball molt acurat i responen sense cap mena de dubte a les mans del Mestre de Jaca.

També són obra d'aquest mestre la majoria de capitells que sostenen el porxo. Mostren motius vegetals, així com harpies en forma d'homes ocell i aus enfrontades. El més interessant de tots ells és el que representa a David envoltat de músics. El capitell original va ser tret d'aquest porxo i portat al Museu Diocesà. El que podem contemplar aquí és una fidel reproducció, que ens permet fer-nos una idea de la seva magnífica qualitat.

En canvi podem trobar un capitell que no és del Mestre de Jaca, si no del Mestre de la senyora Sança, autor també de Sant Pere el Vell d'Osca.  En ell es representen escenes de la vida del papa i màrtir Sant Sixte II. Sorprèn veure aquesta iconografia, ja que Sixte II fou papa a meitats del segle III i era originari d'Atenes. El motiu pel qual es va narrar la seva història en un capitell del claustre d'aquesta catedral podria ser que el diaca de Sixte II, que també fou martiritzat, fou l'encarregat de fer arribar el Sant Calze a Osca. Per tant, és molt probable que a meitats del segle XI aquesta relíquia estigués custodiada en la catedral de Jaca.