הקתדרלה נבנתה על מה שהיה פעם מסגד אלמוחאד. בניית המינרט "לה חירלדה" החלה ב-1184. בניית המסגד הושלמה ב-1198. ב-1248 נכבשה סביליה על ידי פרננדו השלישי והמסגד נהפך לכנסייה. ב-1376 פגעה רעידת אדמה במגדל וצריחו הוחלף במגדל פעמונים.

ב-1401 הוחלט להרוס את המסגד ולבנות עליו קתדרלה. בשנת 1402 החלה בניית הספינה הראשית, שהושלמה ב-1432. באותה שנה החלה בניית החלק המזרחי, שנשלם ב-1467. ב-1433 אישר חואן השני את הריסת הקפלה המלכותית. ב-1467 החלה בניית הקמרונות ונוספו עוגנים למבנה. ב-1475–1478 נוספו ספסלי המקהלה. ב-1481 נוספו הדלתות במזבח הראשי, וב-1482–1526 יצר פייר דלקאר את ה-Retablo Mayor שמקשטת את המזבח הראשי. ב-1498 הושלמו הקמרונות והחלו בבניית הכיפות. הכיפה הראשית הושלמה ב-1506. ב-1511 קרסה כיפת התאורה, וב-1519 נשלמה בנייתה מחדש. ב-1515 הושלמו קמרונות בית המקהלה ושנתיים אחר כך קמרונות בית הרוחב. קפלת Capilla Real נבנתה בין השנים 1551–1575. ובין השנים 1558–1568 נערכו שיפוצים נרחבים במגדל הפעמונים "לה חיראלדה". ב-1888 קרסו הכיפה הראשית והקמרונות. הם נבנו מחדש לאחר מכן.

בשנת 1987 העניק אונסק"ו לקתדרלה מעמד של אתר מורשת עולמית.