El claustro tiene dos pisos de altura y planta prácticamente rectangular. Fue construido en la segunda mitad del siglo XIII. 

Los dos pisos responden a la necesidad de salvar el desnivel existente entre el templo y la calle de Nuestra Señora de la Paloma.

Las galerías, cubiertas con bóvedas de crucería, tienen seis o siete grandes ventanales, en función de si se encuentra en el lado corto o largo del claustro. Están decorados con calados cuadrilobulados.  Los capiteles están esculpidos con motivos vegetales.

Los muros perimetrales del piso superior están decorados con arcos apuntados, algunos de los cuales sirven para acoger sepulcros en su interior.

En los arcos del muro norte podemos ver varias esculturas, que representan personajes del Antiguo Testamento, relacionados con la construcción de la catedral San Pedro, San Pablo y Santiago.

En los pilares angulares del claustro se han representando las escenas de la Anunciación, la Epifanía y algunos personajes relacionados con la construcción de la catedral.

En el sector este del piso superior se encuentran algunas capillas. Destaca la puerta de acceso a la capilla del Corpus Christi.

Un arco apuntado rodea un tímpano dónde está esculpido Jesús como juez, rodeado de cuatro ángeles que llevan los símbolos de la Pasión y flanqueado por Maria y San Juan, que imploran clemencia para las almas pecadoras. En el dintel se representaron, arrodillados y orando  los patrocinadores de la capilla, Juan Estébanez Castellanos y su esposa. Entre los dos se esculpió su escudo de armas.

A su izquierda encontramos la antigua sala capitular, convertida en la capilla de Santa Catalina el año 1586. Fue construida en 1316 por el obispo Gonzalo de Hinojosa. Está cubierta con una bóveda estrellada de ocho puntas, los nervios de las cuales van a parar a pilares, que tienen sus capiteles esculpidos con escenas de caza y cortesanas. Se accede a ella por una portalada apuntada, que contiene un tímpano esculpido y que todavía conserva policromía.

En él se representa la escena del Descendimiento de la Cruz. En el dintel encontramos esculpidos los escudos de Castilla y de León.

En el ángulo nordeste del piso superior encontramos la antigua capilla de San Juan Bautista. En el siglo XVI se unió a una de las capillas de la girola, convirtiéndose en una de las capillas más amplias de la catedral. La estancia resultante está dedicada a San Juan Bautista y a Santiago. La capilla se construyó en el siglo XV y destaca su bóveda estrellada de cuatro puntas. En el sector correspondiente a la antigua capilla absidal se cubrió con una bóveda estrellada con los nervios y las claves decoradas.

Actualmente acoge parte del Museo de la Catedral.

El piso inferior fue utilizado durante muchos de siglos como cementerio. Entre 1899 y 1911 fue restaurado, reconstruyendo la mayor parte de sus arcos, que se habían perdido a lo largo de los siglos.

Durante la reconstrucción se añadieron ángeles en los pilares y se cerraron los ventanales de las dos plantas con vidrios de colores.

Actualmente acoge un centro de interpretación sobre la catedral y sus fases constructivas y de reconstrucción. Encontramos maquetas explicativas, restos de la catedral románica y elementos eliminados durante las restauraciones.