El 9 de octubre del año 1238, el Rey Jaime I, hizo su entrada en la recién conquistada Valencia y donde estaba la Mezquita Mayor, la restituyó por la nueva Catedral bajo la advocación de "Nostra Dona Santa María". Hasta que las obras arrancaron en 1262, durante 25 años se usó la antigua mezquita, pero cuando se comenzó a construir la nueva Catedral se hizo con un imperante estilo gótico, pero debajo de la catedral aún existirían resquicios visigóticos y árabes. La primera piedra de la Catedral fue colocada el 10 de junio de 1262 siendo obispo fray Andreu Albalat.
La Catedral tardó varios siglos en ser finalizada por lo que la mezcla de estilos artísticos es su característica más relevante lo que además la convierte en una joya de la arquitectura universal. El gótico es el estilo básico y predominante de la catedral, ya que la nave principal y las capillas fueron construidas entre los siglos XIII al XV. El gótico valenciano se caracteriza por ser más bajo y alargado. Hay un nuevo concepto de espacio, más amplio, ligero y luminoso.
El edificio se construyó básicamente hasta 1356, originalmente se componía de tres naves con tres tramos, la nave central más ancha y alta que las laterales. Disponía de una torre campanario en la fachada lateral de Levante (en la calle Barchilla), en 1419 se trasladan las campanas a la nueva torre campanario del Micalet.
El cuarto tramo que ahora dispone se construyó en el siglo XV, al objeto de unir el templo con la antigua Sala Capitular y con El Micalet que se habían construido exentos. Por tanto el templo en la actualidad se compone básicamente de tres naves de cuatro tramos, nave de transepto, girola, y presbiterio poligonal.
El recorrido por el interior de la catedral es muy rico y nos lleva de unos estilos a otros casi sin discontinuidad. La Catedral comenzó a construirse por el deambulatorio. Antes de finalizar el siglo XIII se había concluido la girola con sus ocho capillas, avanzando la obra según se derribaba la mezquita hasta llegar a la Puerta del Palau, en el brazo este de la nave del transepto.
Entre 1300 y 1350 aproximadamente, se terminó el transepto y se iniciaron las obras de las tres naves hacia los pies. A esta etapa se deben dos de los aspectos más llamativos de la catedral, la Puerta de los Apóstoles y el cimborrio.
Los siglos XV y XVI, siglos del renacimiento, no se reflejaron en la arquitectura de la Catedral, aunque sí en su decoración pictórica, desde el altar hasta las capillas menores. En el orden arquitectónico, este estilo no supuso una ruptura violenta con el gótico, ya que éste ultimo tenía una gran aceptación. Se dio un regreso al lenguaje de la arquitectura clásica, órdenes clásicos, arco de medio punto etc. En lo decorativo, los elementos vegetales, guirnaldas, almohadillados, etc. eran predominantes.
En el siglo XVIII su estructura interior gótica fue sustituida por el estilo de la época el neoclásico. La Catedral se cubre con bóvedas de crucería simple de potentes baquetones y plementería de ladrillo dispuesta a rosca. Esto sin embargo tiene una excepción, en la nave del transepto que desemboca en la Puerta del Palau la plementería del primer tramo es de piedra en lugar de ladrillo.
