El rey Sancho decidió convertir Jaca en una ciudad digna de un rey como él. Así pues también decidió crear una sede episcopal que dio a su hermano, el infante García. Se empieza a edificar una gran catedral entre los años 1076 y 1082. Como todos los templos románicos, se inicia por la cabecera. En 1082 el perímetro de la sede ya estaba acabado, pero debido a los enfrentamientos entre el monarca y el obispo las obras se paran. Cuatro años más tarde muere el obispo García y le sucede Pedro de Jaca.

No fue hasta el año 1104 que se retoman las obras, ya que los intereses de la monarquía se habían desplazado hacia Montearagón, Loarre y San Juan de Peña. Alfonso I vuelve a dar un impulso a la catedral de Jaca permitiendo acabarla en 1130. En este momento Huesca ya se ha consolidado como una plaza fuerte y el poder eclesiástico y real se trasladan hacia allí. Esto hace que la sede jaquesa pierda poder e importancia.

El templo tiene planta basilical de tres naves, separadas por arcos formeros de medio punto que se apoyan en pilares alternando los de tipo cruciforme con los circulares. Las naves acaban en tres ábsides semicirculares. Esta planta fue copiada exactamente a la hora de construir el templo de  San Millàn en Segovia.

Estos pilares también debían servir por apoyar los arcos fajones de la bóveda de cañón, que no se llegó a construir nunca. Se cree que el templo se cubrió con cubierta de madera. Esta hipótesis está fundamentada en que los muros laterales no son suficientemente gruesos para soportar el peso de una bóveda de estas características y tampoco hay restos de ningún contrafuerte. De todos modos, el templo sufrió varios incendios que hicieron que en 1520 se decidiera cubrir las naves laterales con bóvedas de crucería. Pocos años después, en 1598, se hace lo mismo con la nave principal.

Sólo nos ha llegado la cubierta del falso transepto de las cubiertas originales. En este caso si que se construyó una bóveda de cañón, pero perpendicular a las naves. En la intersección con la principal se construyó una gran cúpula de media esfera, reforzada por cuatro arcos de medio punto. Es la primera del románico de la península y sirvió de modelo para la que se construyó en la torre campanario de la colegiata de Santa Maria de Ainsa.

Los capiteles de los pilares circulares y dónde descansan los arcos fajones y formeros son muy interesantes. Pese a la altura a la que están colocados vale la pena pararse a contemplarlos.

Algunos de ellos se colocaron en su lugar sin haber sido acabados, debido a las diversos paros en la construcción de la sede y las prisas por acabarla. Suelen ser de tipo clásico, predominando los temas vegetales, los entrelazados y los motivos animales. También podemos ver alguna figura humana esculpida.

Si bien los capiteles son dignos de admirar, también lo son las bases de los pilares. Podemos ver un gran trabajo escultórico con bolas que las adornan. En algunos casos nos encontramos con un gran podio cilíndrico decorado con una doble moldura cilíndrica en la parte superior. Sobre él encontramos las bases de las semicolumnas adosadas, también decoradas con bolas.

El ábside principal fue demolido en 1790. Las razones oficiales fueron que había humedades y filtraciones, pero en realidad sirvió para ubicar el coro tras el altar y por lo tanto se hizo un ábside de grandes dimensiones, muy alargado.

Interiormente se decoró con pinturas de fray Manuel Bayeu Subías. En ellas se representa a la Santísima Trinidad, rodeada de ángeles y santos a la cúpula En las paredes laterales se han representado escenas de la vida de San Pedro, el titular de la catedral.

Exteriormente destaca por sus dimensiones. Los canecillos en que se apoya el tejado fueron aprovechados, en gran parte, del anterior ábside románico.

El ábside del lado sur es el que mejor ha superado el paso de los años, manteniéndose prácticamente como cuando se construyó, si bien resultó parcialmente mutilado al construirse el nuevo ábside central. Está dividido horizontalmente en tres niveles, separados por molduras ajedrezadas. Verticalmente también se divide, en este caso en dos segmentos mediante una columna adosada (el tercero ha quedado dentro el ábside central).

En la parte central del cilindro absidal podemos ver una gran ventana de medio punto, decorado con una arquivolta que se apoya en dos columnas con capiteles esculpidos.

También están esculpidos los canecillos en que se apoya el tejado.

Interiormente la ventana tiene las mismas características que por la parte exterior. Bajo la ventana podemos ver una imagen moderna de la Virgen de Pilar. Está apoyada en un capitel reaprovechado. También están reubicados en este ábside los dos capiteles esculpidos que sirven de base al altar. También es de época románica la forja que separa al ábside de la nave. Desgraciadamente, debido al fuerte contraluz que hay en esta zona, es difícil tomar fotografías y no puedo adjuntar detalles de los capiteles.

La portalada del lado oeste está protegida por una gran pórtico a modo de nave previa a las del interior del templo. Tiene forma de torre-portalada y fue construido en el año 1080. Está cubierto con bóveda de cañón rebajada, reforzada por dos arcos fajones que se apoyan en pilastras adosadas al muro. Este acceso es conocido como Lonja Mayor.

Este recinto estaba delimitado a ambos lados por dos parejas de arcos de medio punto que apoyan en grandes capiteles esculpidos con motivos vegetales. Los arcos del lado norte y el más próximo a la puerta del templo del lado sur están cegados y contienen esculturas de épocas posteriores.

La portalada está formada por seis arquivoltas de medio punto que se apoyan en un par de columnas con capiteles esculpidos. Estos son de tipo clásico. Tres de ellos están historiados mientras que el cuarto está esculpido con con motivos vegetales muy refinados. Rodea las arquivoltas un guardapolvo ajedrezado.

Pero sin duda el elemento más característico de la portalada es su tímpano esculpido. En él encontramos el conocido crismón trinitario flanqueado por dos leones. El de la izquierda es el león misericordioso, que representa a Cristo que perdona al pecador que se arrepiente. Este está representado por una figura humana que hay entre las zarpas del león y que trae una serpiente a sus manos. El del lado derecho tiene entre sus zarpas a un oso. Es un león fuerte que vence al mal y a la muerte. Tanto el crismón como el dintel están esculpidos con inscripciones que aleccionan a los fieles sobre cómo han de actuar para conseguir la Salvación Eterna.

Durante muchos años se ha creído que este fue el primer Crismón Trinitario y que ha servido de modelo a muchos de otras iglesias, como por ejemplo el de San Martin de Tours de Uncastillo o bien el de Santa Maria de la Santa Cruz de la Serós. En el caso de este último, se ha demostrado todo el contrario. El de Santa Maria de la Santa Cruz de la Serós no es un crismón trinitario, si no que representa una rueda de carro y es cronológicamente previo al de la Catedral de Jaca. Así pues, la composición de los dos leones alrededor del crismón de esta catedral se inspiró en el de la Santa Cruz de la Serós.

Bajo el tejado del pórtico, nuevamente, encontramos canecillos esculpidos con motivos geométricos, vegetales y animales. 

En el muro sur de la catedral encontramos otra portalada, más antigua que la del muro oeste, y que en el siglo XVII fue protegida con un pórtico. Este está apoyado en siete columnas que tienen capiteles reaprovechados del ala norte del desaparecido claustro, que se encontraba adosado al muro norte del templo. Esta puerta se conoce con el nombre de Lonja Chica.

La portalada está formada por tres arcos de medio punto en gradación, protegidos por un guardapolvo decorado con un ajedrezado. En el centro encontramos un tímpano dónde hay dos elementos reaprovechados de un tetramorfo, que rodean el símbolo de San Pedro.

El arco que rodea al tímpano está esculpido con palmas, mientras que el arco central es liso y se apoya en dos columnas con los capiteles esculpidos. Estos parece que fueron reaprovechados de otra ubicación, ya que las caras empotradas en el muro también están esculpidas. El del lado derecho representa el Sacrificio de Isaac. El del lado izquierdo, en cambio, nos habla de la historia de la Burra de Balaam, un adivino de Mesopotamia que fue llamado por el rey Balac para maldecir al pueblo de Israel. Los dos capiteles muestran un trabajo muy minucioso y responden sin duda a las manos del Maestro de Jaca.

También son obra de este maestro la mayoría de capiteles que sostienen el pórtico. Muestran motivos vegetales, así como arpías en forma de hombres pájaro y aves enfrentadas. El más interesante de todos ellos es el que representa a David rodeado de músicos. El capitel original fue sacado de este pórtico y llevado al Museo Diocesano. El que podemos contemplar aquí es una fiel reproducción, que nos permite hacernos una idea de su magnífica calidad.

También podemos encontrar un capitel que no es del Maestro de Jaca, si no del Maestro Doña Sancha, autor también de San Pedro el Viejo de Huesca.  En él se representan escenas de la vida del Papa y mártir San Sixto II. Sorprende ver esta iconografía, ya que Sixto II fue papa a mitades del siglo III y era originario de Atenas. El motivo por el cual se narró su historia en un capitel del claustro de esta catedral podría ser que el diacono de Sixto II, que también fue martirizado, fue el encargado de hacer llegar el Santo Grial a Huesca. Por lo tanto, es muy probable que a mediados del siglo XI esta reliquia estuviera custodiada en la catedral de Jaca.