Nell'anno 1193 fu commissionata la progettazione della nuova cattedrale al capomastro Pere de Coma, che ideò un edificio secondo i canoni del romanico. Il 22 luglio del 1203 venne posta la prima pietra, come registrato su una lapide che si trova nel pilastro a sinistra del presbiterio. Il nuovo edificio fu costruito sul sito della precedente cattedrale e fu consacrato il 31 ottobre del 1278 dal vescovo Guillem de Montcada. Il capomastro Pere de Pennafreita ha probabilmente costruito la cupola della crociera e coperto le navate con delle volte, aggiungendo elementi tipici dello stile gotico, mantenendo comunque all'interno dell'edificio un'unità equilibrata e armoniosa.

Alla fine del XIII secolo erano quasi completate le principali opere della cattedrale e furono realizzate le cappelle, il chiostro, la pala d'altare, opere funerarie, la Porta degli Apostoli e il campanile. La costruzione del chiostro si è svolta tra la seconda metà del XIII secolo e il XV secolo. Nei secoli successivi sono stati modificati e sostituiti alcuni archi o sculture.[1]

Quando città di Lleida fu conquistata dalle truppe di Filippo V (1707), i Borbone convertirono la cattedrale vecchia di Lleida in caserma e l'attività liturgica fu spostata alla vicina chiesa di San Lorenzo. Sotto il regno di Ferdinando VI si tentò di ripristinare la cattedrale vecchia ma senza successo e il vescovo fu costretto a costruire una nuova sede. La nuova cattedrale barocca, la cattedrale nuova di Lleida, costruita tra il 1761 e il 1781 nella parte bassa del paese, acquisì quindi il ruolo di sede della diocesi di Lleida.[2]

Il 12 giugno del 1918 l'edificio fu dichiarato monumento nazionale. Nel 1948 l'esercito ne cedette la proprietà e nel 1949 iniziò il restauro.