La catedral se asienta sobre los restos de un antiguo templo románico construido a finales del siglo XII.[1]​

El actual edificio empezó a construirse en 1572 y corrió a cargo de los arquitectos Martín de Castañeda y del francés Quinto Pierres Vedel. El primer obispo de la diócesis de Albarracín (independiente de Segorbe) fue Martín de Salvatierra (1578-1583).[2]​

El edificio se encuentra en el centro de la población, entre cuyo caserío destaca poderosamente. La difícil orografía de Albarracín, asentada en una elevación rodeada por la hoz del río Guadalaviar, influye en la configuración del edificio, cuya planta se organiza en una sola nave con capillas laterales, gran capilla mayor ligeramente más alta con ábside poligonal, coro a los pies, y claustro y otras dependencias alrededor.

El acceso principal al templo se realiza, inusualamente, por la cabecera, a través de una sencilla portada barroca precedida por una escalinata. A principios del siglo XVIII se reformó el interior del templo con elementos barrocos, como las pilastras que se conservan actualmente.[3]​