Los orígenes de la actual catedral de Huesca los tenemos en el siglo XIII, cuando Jaume I, después de asistir a la consagración como obispo de su sobrino, Jaume Sarroca, consideró que no era correcto realizar el culto cristiano en un recinto que había estado previamente una mezquita. En el momento de la conquista de la ciudad por parte de las tropas cristianas, en 1096, se consagró la Mezquita Mayor como catedral. De esta mezquita sólo nos ha llegado un arco de herradura, próximo al claustro, y que podría formar parte de la torre alminar. Previamente se cree que había existido una acrópolis ibera, un templo romano y una iglesia visigoda en este lugar.

Durante el siglo XII se empiezan a construir algunas edificaciones alrededor de la mezquita como son el claustro, la sala capitular y el Palacio Episcopal. También en este siglo se construye un templo románico dedicado en Santa Maria junto a la mezquita. De él sólo nos ha llegado la portalada de acceso, formada por tres arquivoltas de medio punto. La más interior está decorada con rollos, siguiendo el estilo de la puerta del Obispo de la catedral de Zamora. La arquivolta intermedia está decorada con una moldura tórica, mientras que la más exterior tiene esculpidas puntas de diamante

Junto a la portalada encontramos dos lápidas funerarias del siglo XIII. Estaban en diferentes lugares del claustro románico de la catedral.

En 1294 se empieza a construir el actual templo, ya en estilo gótico. Entre 1294 y 1309 se construye la cabecera, formada por cinco  ábsides poligonales y el crucero. Las naves laterales y las capillas también se empiezan a construir, pero gracias a las donaciones de las familias nobles de la ciudad a cambio de poder ser enterrados en la sede.

Enel ábside central podemos encontrar un magnífico retablo hecho en alabastro por Damià Forment en 1520. En él se representa la Pasión de Cristo.

El templo tiene planta de cruz latina, con tres naves y capillas laterales. En 1310 se habían construido todas las naves y el transepto hasta la altura de las naves laterales. Las obras se pararon y no fue hasta 1337 que no se cubre el templo con una cubierta de madera provisional. En 1493 se decide acabar la construcción del templo, elevando los muros de la nave central, el crucero y el ábside principal. A continuación se cubre la nave central y el transepto con bóveda de crucería estrellada, mientras que las naves laterales se cubrieron con bóveda de crucería sencilla.

En los dos extremos del crucero se abren dos portaladas. La del lado norte comunica con el claustro gótico. Está formada por tres arquivoltas de medio punto apoyadas en capiteles esculpidos con motivos vegetales. Las columnas en que se apoyaban los capiteles han desaparecido. La arquivolta más exterior y su guardapolvo están decorados con motivos geométricos y vegetales. En el tímpano encontramos tres imágenes del siglo XIII, que representan a la Virgen Maria con el Niño en el regazo y dos ángeles. La puerta del lado sur, en cambio, ya es gótica y está protegida por un atrio  cubierto con bóveda de crucería.

Rodea la nave principal un friso ricamente decorado, dónde podemos ver ángeles, soldados, animales, bestias fantásticas y motivos vegetales.

Adosada a los ábsides del lado sur está la sacristía vieja. Es un sencillo espacio rectangular cubierto con bóvedas de crucería. En el siglo XVI se construyó una nueva sacristía, situada detrás el ábside principal. Es una gran obra del renacimiento español cubierta con una bóveda estrellada que se apoya en columnas con capiteles esculpidos.

La puerta principal se encuentra a los pies de la nave. La portalada la forman siete arquivoltas apuntadas decoradas con imágenes de dieciséis mártires, catorce vírgenes, diez ángeles y ocho profetas. El conjunto está flanqueado por catorce esculturas, que representan a los apóstoles (excepto Judas), San Juan Bautista, San Vicente y San Llorenzo.

En el centro encontramos un tímpano esculpido  dónde se representa a la Virgen con el Niño a los brazos y rodeada por dos ángeles. Completan el conjunto tres figuras que parecen representar a los Tres Reyes. En el dintel están esculpidos los escudos de la ciudad, de Aragón y del obispo López de Alzor, impulsor de la construcción de la fachada. Corona la portalada un rosetón.

A finales del siglo XV, coincidiendo con la finalización de la nave principal y del transepto, se construye el cuerpo superior de la fachada. Alrededor de un óculo central se disponen unas ventanas geminadas ciegas y unos pilares rematados con pináculos. A finales del siglo XVI todavía se hace más evidente la separación entre las dos partes de la fachada añadiendo un tejado de madera y ventanas de ladrillo típicos de las casas señoriales aragonesas.

En el lado izquierdo de la fachada se levanta la torre campanario. Tiene planta cuadrada en la base, pero en los pisos superiores presenta planta octogonal. Estaba coronada por un cuerpo superior añadido en el siglo XVIII y que se quemó durante la Guerra Civil.

Del original claustro románico quedan muy pocos restos. Recientemente se ha restaurado una parte que quedaba oculta. Corresponde a un fragmento del ala norte, dónde las arcadas habían sido cegadas y los capiteles y columnas habían quedado empotrados en el interior del muro. Durante las tareas de restauración se detectó que el estado de conservación de los capiteles era muy deficiente y era necesario sustituirlos por réplicas para garantizar la estabilidad del conjunto. Conviene destacar las dimensiones de los arcos, más grandes de lo que es habitual en el románico y que las columnas se apoyaban directamente en el suelo. Los capiteles están decorados con motivos geométricos y vegetales.

También se conserva una parte del ala este correspondiente a la época románica. El resto del claustro corresponde a varias etapas constructivas. La más interesante es la parte correspondiente al ala oeste, la que está adosada al templo. La hizo edificar el Papa Luna en estilo gótico, demoliendo previamente las galerías románicas. En una de las claves de las bóvedas de crucería podemos ver esculpido su escudo.