Une église chrétienne primitive existait à cet endroit avant la conquête islamique de l'Ibérie et à la suite de laquelle, en 717, elle fut convertie en mosquée. En 785, sous Charlemagne, les Francs reconquirent la ville et, en 908, l'église fut à nouveau consacrée.

En 1015, l'église était dans un piteux état. L'évêque Pere Roger, fils du comte Roger Ier de Carcassonne, la restaura grâce à l'argent qu'il avait obtenu en vendant le monastère Saint Daniel de Gérone (ca) à son beau-frère, le conte Raymond Borrell de Barcelone. La construction de l'église et son cloître, dans un style roman, dura jusqu'en 1064. Le clocher fut terminé en 1117.

Le tout fut redessiné par Pere Sacoma en 1312. En 1416, après quelques années d'hésitations, Guillem Bofill et Antoni Canet commencèrent le projet. Le nouveau plan comprenait une grande nef gothique, la plus grande nef gothique du monde — 22,98 mètres — et la deuxième nef la plus large du monde, tous styles confondus, après la basilique Saint-Pierre de Rome (à titre de comparaison, la largeur de la nef de la cathédrale de Reims est de 14,65 mètres, Saint-Étienne de Sens, 15,25 mètres, et 12 mètres à Notre Dame de Paris). Son élévation intérieure est de 35 mètres et la tour atteint 70 mètres.