Nel 1117 fu realizzato il primitivo santuario, sotterraneo, nel sito, noto come chiesa di Santa Maria di Gerusalemme.

La Palatina fu costruita a partire dal 1129 per volere di re Ruggero II di Sicilia,[1] costruita in parrocchia dall'arcivescovo Pietro,[2] elevata a collegiata,[3] consacrata il 28 aprile 1140 come cappella privata della famiglia reale dall'arcivescovo Ruggero Fesca alla presenza di numerosi prelati del Regno.[4] I lavori furono completati nel 1143 con l'inaugurazione celebrata il 29 giugno e una elogiante omelia dell'arcivescovo di Taormina Filagato da Cerami.[5] Un'iscrizione trilingue (latino, greco-bizantino e arabo) sull'esterno della cappella commemora la costruzione di un horologium nel 1142.[6][7]

Come chiesa palatina era esente dalla giurisdizione ordinaria ecclesiastica dell'arcidiocesi di Palermo, e il Cappellano maggiore del Re di Sicila fu anche Prelato nullius di Santa Lucia del Mela dal Duecento al 1818[senza fonte] [8]

Il 13 febbraio 1177 Guglielmo II di Sicilia sposò qui Giovanna d'Inghilterra, sorella del re d’Inghilterra Riccardo Cuor di Leone.

Investita di concessioni e privilegi,[9] prerogative e possedimenti confermati e integrati da Guglielmo I, Guglielmo II d'Altavilla, Enrico VI, Federico II di Svevia,[10] e ancora da Manfredi di Sicilia, Carlo d'Angiò, Federico III d'Aragona, Martino il Giovane,[11] Alfonso V d'Aragona.

In epoca rinascimentale, proprio il Magnanimo con privilegio concesso l'11 gennaio 1438 a Gaeta, ordina al del Real Patrimonio di destinare ogni anno 20 onze per la manutenzione ordinaria della Cappella.

Nell'anno 1458 re Giovanni II d'Aragona commissiona lavori di restauri per la riparazione del tetto. Grazie ai lavori svolti presso la corte aragonese a Napoli, collaborazione per l'arco trionfale del Maschio Angioino, altre commissioni negli ambienti interni e in alcuni luoghi di culto, dal 1460 al 1463 sono documentate le prime attività lavorative di Domenico Gagini a Palermo, opere consistenti nel recupero, ripristino e manutenzione di mosaici, arabeschi e intarsi, dei manufatti marmorei preesistenti, lavori sollecitati dal ciantro della Cappella di San Pietro.[12] L'attività dell'artista ticinese è documentata per tre campagne annuali consecutive a partire dal 1460 - 1461, 1461 - 1462 fino al 1462 - 1463, che secondo le disposizioni del re, comportarono una retribuzione complessiva di 60 onze per l'intero triennio.

Gli interventi si ravvisano in particolar modo nella scena raffigurante la Risurrezione di Tabita, tra le architetture dell'ambientazione si distingue una porzione di edificio a pianta ottagonale, con grandi oculi sui lati sfaccettati del tamburo, copertura a cupola caratterizzata da poderosi costoloni e un accenno di lanternino sommitale. Dettaglio identificabile con la Cupola del Brunelleschi, nella fattispecie il particolare richiama con l'impianto e la forma, quelli della cupola della cattedrale di Santa Maria del Fiore di Firenze. Omaggio sincero e riconoscente verso il maestro Filippo Brunelleschi e testimonianza concreta dei trascorsi fiorentini, ulteriore suggello alla cronaca fornita da Giorgio Vasari.

Seguiranno nel 1482 il ripristino delle pitture. Nel 1506, regnante Ferdinando d'Aragona il Cattolico, essendo cantore di Cappella (ciantro) Giovanni Sanchez, furono realizzati i mosaici sulla parete meridionale esterna[13] e verosimilmente il rivestimento con marmo cipollino della superficie inferiore.

Nel 1549 Tommaso Fazello in Della storia di Sicilia deche due cita spesso la descrizione della situazione disastrosa in cui versava l'intero complesso del Castrum superius o Palatium novum al punto che era possibile scorgere la Cappella Palatina attraverso le rovine. La situazione migliorò quando i viceré di Sicilia abbandonando il Palazzo Chiaramonte-Steri[14] o Hosterium Magnum, elessero a propria residenza le strutture del Palazzo dei Normanni operando una sequenza infinita di migliorie. I rifacimenti interessarono anche la cappella, al punto che nel 1682 si rese necessaria la ricostruzione di un arco rovinatosi assieme ad una limitata superficie musiva.

Nel 1714, il neoinsediato re Vittorio Amedeo II di Savoia dispone attraverso il tribunale del real patrimonio l'incremento dei fondi destinati alla manutenzione del tempio, aumento pari all'importo di 423 scudi. Il re poi fece aumentare le tasse non avendo più monete.

Nel 1716 e 1753 i lavori di restauro proseguirono con il recupero, il rifacimento e la realizzazione di nuovi mosaici,[15] dell'altare maggiore,[16] e la realizzazione con posa della statua marmorea raffigurante San Pietro, opera di Giovanni Battista Ragusa. Mattia Moretti († 1779),[17] mosaicista attivo a Roma presso la Reverenda Fabbrica di San Pietro, chiamato da Carlo III nel 1753 durante il suo mandato di Re di Sicilia, a recuperare la preziosa decorazione musiva coadiuvato dal pittore Gaspare Serenari con la collaborazione dei periti in pietre dure: il romano Gaspare Nicoletti e del miniaturista fiorentino Gioacchino La Manna.[18] Esternamente fu realizzato un nuovo ciclo, allegoria del particolare momento storico, improntato alle vicende di Davide e Assalonne, caratterizzato dal medaglione in cui sono riprodotti i profili di Ferdinando III e Maria Carolina.[6]

Per questioni logistiche e di ricettività è luogo deputato ad ospitare eventi minori, solo la cattedrale metropolitana primaziale della Santa Vergine Maria Assunta, per volontà sancita da privilegio, era sede delle celebrazioni per le cerimonie più importanti: incoronazioni e matrimoni fra reali. Tuttavia nel 1810 la cappella fu teatro del battesimo del futuro sovrano Ferdinando II delle Due Sicilie figlio di Francesco I e Maria Isabella.[19][20]

Fu cornice del matrimonio di Maria Cristina figlia di Ferdinando III con Carlo Felice di Savoia, conte di Ginevra e futuro Re di Sardegna nel 1807[19]; e dello sposalizio fra Maria Amalia di Borbone-Due Sicilie e Filippo Luigi Borbone, duca d'Orleans, futuro Re di Francia nel 1809.[19][20]

Una targa in bassorilievo collocata nel portico ricorda la nascita di Ferdinando a Napoli nel 1800, figlio primogenito di Francesco e Maria Clementina, morto a pochi mesi, appena prima della madre.[20]

Uno studio approfondito della Cappella Palatina fu condotto dall'architetto russo Alexander Pomerantsev Nikanorovich, la monumentale e dettagliata analisi delle opere in essa custodite gli valse il titolo di Accademico di architettura di San Pietroburgo nel 1887. Il lavoro consisteva nel dettagliare con disegni e foto le 172 scene mosaicate corredando l'opera con le riproduzioni grafiche degli intagli e delle incisioni dell'elaborato soffitto ligneo. Fra i famosi letterati che hanno visitato e decantato le meraviglie della Cappella durante i grand tour si annovera Guy de Maupassant con le citazioni nelle opere "La vita errante" e "La Sicilia". Durante la sua visita a Palermo nel 1885, la definì:

Nel giorno 11 febbraio del 1929 qui si sposò il principe Cristoforo di Grecia e Danimarca e la principessa francese Francesca d'Orléans.

Danneggiata dal terremoto del settembre 2002 fu sottoposta a restauri, conclusi nel luglio 2008. Il progetto dei restauri, redatto dall'architetto Guido Meli dirigente del "Centro regionale per il restauro" della Regione Siciliana, fu finanziato dal mecenate tedesco Reinhold Würth per oltre tre milioni di euro. I lavori furono eseguiti da un gruppo di restauratori di beni culturali sotto la direzione tecnica dell'architetto Mario Li Castri. I servizi turistici sono curati dalla Fondazione Federico II.

La messa è celebrata ogni domenica alle 10:00.[21] L'ingresso al pubblico della chiesa e del Palazzo Reale è in Piazza del Parlamento, dove si trova la biglietteria.

Dal 3 luglio 2015 fa parte del Patrimonio dell'umanità (UNESCO) nell'ambito dell'Itinerario arabo-normanno di Palermo, Cefalù e Monreale.