Se construye sobre la antigua Catedral románica, que a su vez ocupaba los solares del Palacio de Ordoño II y las termas romanas. Comienza su construcción hacia el año 1.205, es de estilo gótico y esta inspirada en la Catedral francesa de Reims, reducida su planta en 1/3. Una característica peculiar es que las torres aparecen separadas de la nave central mediante arbotantes. Su planta es de tres naves, convirtiéndose en cinco en el crucero, la nave esta cerrada por bóveda de crucería cuatripartita. Los empujes verticales descansan sobre pilares con columnillas y los empujes exteriores descansan sobre arbotantes. Posee una girola con cinco naves semiexagonales en la cabecera.
En distintas épocas y con distintos grados de intervención trabajan en la catedral los arquitectos siguientes: Enrique Francés, Juan Pérez, Jusquin Van Utrech (Torre del reloj), Naveda, Joaquín de Churriguera, Matías Laviña, Juan Madrazo, Demetrio de los Ríos, Juan Bautista Lázaro.
Presenta tres fachadas con imaginería gótica.
El interior de la Catedral es un resumen de la concepción teológica medieval del mundo que es presidida por la Bendición del Creador. Las vidrieras hacen referencia a los tres niveles conceptuales antes referidos:
Maestros vidrieros de la Catedral fueron (de los siglos XIII al XVI): Fernand Arnol, Pedro Guillermo, Adam Domínguez, Johan Pérez, Juan de Arqués, Alfonso Díez, Nicolás Francés, Diego de Santillana (Capilla de la Virgen del Camino) y Rodrigo Herreros (Capilla de la Virgen Blanca).
A modo de arco triunfal, construido en el siglo XVI. Temática: Nacimiento de la Virgen María, Anunciación, Adoración de los Reyes Magos (Esteban Jordan ) : S. Pedro y S. Pablo, S. Marcelo y S. Isidoro. Imagen de la Anunciación en alabastro; Cristo Crucificado, obra de Gaspar Becerra.
Se divide en dos partes: Coro del Rey, Coro del Obispo.
De estilo gótico, siglo XV. Trabajaron en el Jusquin van Utrech , Copin de Holanda y Juan de Malinas.
Presenta cinco tablas grandes y dos pequeñas, obra de Nicolás Francés. El Trono del Ovispo, 20 tablas del mismo autor. Arca Repujada (1519), de Enrique de Arfe. Sagrario de Plata, obra de Rebollo.
Es un conjunto de estilo gótico y renacentista. El retablo de piedra es obra de Juan de Badajoz el Mozo, también podemos encontrar un relieve de Nuestra Señora del Foro y Oferta, tributo de las Cien Doncellas (alusivo al sitio de Sayago, por el que León queda libre del pago de dicho tributo).