La construcción actual, iniciada en el siglo XII, es un templo que presenta una planta de cruz latina, recoge diversos estilos arquitectónicos (románico, gótico y barroco) y cuenta con un claustro interior que da acceso al Palacio Episcopal. Un edificio con una amalgama de estilos y formas configurado por el paso de los siglos.

La catedral de Mondoñedo se construye sobre una antigua iglesia y monasterio de Santa María preexistente en el lugar que hoy ocupa esta edificación. Su construcción data del siglo XIII a pesar de que la Sede episcopal se asienta en Mondoñedo en 1112, pero por diversos motivos, y por el breve traslado de la misma a Ribadeo entre los años 1185 y 1219, las obras no se llevan a cabo hasta más tarde. 

Será el Obispo Don Martín quien lleve la obra a buen fin pues se dice que fue él quien la construyó, terminando y consagrando la misma. La consagración se levaría a cabo probablemente el 19 o 20 de octubre de 1242, puesto que al año siguiente este obispo pide su jubilación a Roma y es de suponer que sería tras acabar su labor de construcción del templo. Con todo, Roma no le concede la jubilación hasta años más tarde. 

Esta construcción inicial se hace gracias a las aportaciones episcopales, populares y regias en las figuras de los monarcas de León Alfonso IX y Fernando III. Será un edificio bajo, con una nave central más alta que las laterales y dos torres redondas, una a cada lado de la fachada principal. Esta es la fisonomía original pero cambiará poco a poco a lo largo de los siglos hasta llegar a lo que es hoy. 

El gran emblema exterior de este tempo es su gran rosetón circular, obra que data del siglo XIII y que permite que la luz entre en el templo iluminando, hoy en día, su gran vidriera interior presidida por un Pantocrator central. 

La diferencia de alturas entre la nave central y las laterales se soluciona en el siglo XIV con la elevación de las mistas hasta igualarlas y darle con esto un aspecto exterior más uniforme.

Hasta el siglo XVI no se harán nuevas obras en el exterior del tempo y serán por iniciativa del obispo Diego de Soto. Consistirán en un rebaje delante de la fachada principal del templo que se cerrará, dando lugar a una placita que separará la entrada de la catedral con el resto de la plaza y que se mantendrá hasta bien entrado el siglo XX. El cierre frontal de esta, será de cantería y los laterales de hierro. Contará con puertas de acceso en los cierres laterales. 

En 1503 ya hay un reloj en la catedral mindoniense que será cambiado en 1585.

En el siglo XVIII tendrá lugar el mayor cambio llevado a cabo en la fachada catedralicia, pues se construirán dos nuevas torres substituyendo las anteriores redondas y bajas. Estas nuevas torres serán cuadradas y con una altura de 35 metros. En 1718 se inaugura la primera (la de la izquierda) y en 1720 la segunda (de la derecha).

La última reforma exterior se produce en el siglo XX (1968) y afectará a la entrada de la catedral y a la plaza que se abre delante de su fachada. En estas obras se eliminará el cierre que poseía delante de la fachada desde el siglo XVI, se rebajará la plaza para igualar la altura con ésta y se hará retroceder los cantones que había en frente, dejando sólo los soportales bajo las casas que cierran la plaza. 

En el interior, a día de hoy, hay una gran nave central abierta desde la entrada al altar mayor y dos naves laterales menores que permiten un recorrido por todo el templo y que se unen tras el altar mayor en una girola. Los brazos del crucero, de un tamaño menor del guardado en relación con la nave principal, están destinados a albergar parte del coro de madera y el actual órgano (brazo izquierdo) y como lugar habilitado a los fieles y acceso al claustro (brazo derecho).

Éste es el aspecto con el que nos encontramos al entrar en la catedral mindoniense, pero es una vista que se fue construyendo lentamente desde el siglo XIII. El templo fue creciendo ya desde el comienzo de la construcción actual de la Capilla del Santísimo situada en la nave lateral derecha a continuación del crucero. Antiguamente, esta capilla era conocida como la de la Magdalena. Se trata de una pequeña capilla con retablo dorado y altar presidido por un Cristo donde se guardan las sagradas formas. En esta misma, está también la Virgen Inglesa, traída desde la Catedral de Londres en el siglo XVI por las luchas religiosas que allí sucedían. La capilla está cerrada por una gran verja de hierro en la entrada. 

En el siglo XV tiene lugar una importante reforma interior con el traslado del coro, que originalmente estaba delante del Altar Mayor, en la nave central (en el hueco entre las cuatro primeras columnas). Este coro era de piedra y estaba cerrado por muros que estaban decorados con pinturas murales de autor desconocido. Los restos de las mismas, se pueden ver hoy a ambos lados de la nave central, bajo los órganos.

Durante el siglo siguiente (XVI) continuaron las reformas con la creación de nuevos espacios como la Sacristía y la Sala Capitular. Además, ésta es la época en que se construye la girola tras el altar mayor, eliminando el trascoro. 

También es ahora cuando se sustituye el antiguo coro de piedra por uno de madera de estilo gótico flamígero y que llegará hasta nuestros días. Su construcción se lleva a cabo entre 1513 y 1520 por encardo del Obispo Diego Pérez de Villamuriel.

Junto con todas estas reformas se dotará al altar mayor de un nuevo retablo que precedió al actual. 

La catedral contaba con claustro desde antiguo, pero será en el siglo XVII (1636) cuando se reforme y se cree dejándolo en estado actual. Presenta 20 arcos de medio punto de estilo neoclásico y orden toscano y hoy cuenta con un cruceiro en su centro. El acceso a este lugar se encuentra al fondo del brazo derecho del crucero. 

En este siglo, se construye el Relicario y Altar de San Rosendo que está situado detrás del Altar Mayor, en el centro de la girola. 

En la actualidad, frente a este altar, se sitúan cuatro capillas abiertas a lo largo de la girola. Están dedicadas, de derecha a izquierda, la primera a San Francisco, la segunda al Cristo de la Buena Muerte, la tercera es conocida como la Capilla de Álvaro Pérez o Santa Ana porque su retablo está dedicado a ésta y la del Ecce Homo.

Durante el siglo XVIII se llevan a cabo una serie de reformas que le conferirán a la catedral, casi, su aspecto actual. Hasta este siglo, el presbiterio era un lugar cerrado por muros, pero ahora se abren dos arcos y se cierran con rejas de hierro y, en 1769, se dota de un nuevo retablo al altar mayor de estilo rococó que perdura hasta la actualidad. Pero estas no serán las únicas reformas. También tendrán lugar reformas en la nave central con la colocación de dos nuevos órganos, uno en 1714 y otro en 1722 y se rematarán los dos medios cruceros de la izquierda y de la derecha en el año 1790.

Durante el siglo XIX se llevará a cabo una reforma casi total de los órganos de la catedral, será entre 1862 y 1866. También en este siglo (1863) se redescubrirán las pinturas murales que hoy se sitúan bajo los órganos, puesto que estaban cubiertas y no había ya memoria de ellas. 

Poco más queda indicar sobre la evolución interior de la catedral mindoniense, salvo el traslado del coro al brazo izquierdo del crucero y la creación de una nueva nave central abierta tal y como la podemos ver hoy.

Este templo fue declarado Monumento Nacional en 1902 y en 1962 Xoán XXIII eleva la Catedral a la categoría de Basílica Menor. En 2015 se declara patrimonio de la UNESCO. Hoy día se pude visitar con audioguías que permiten un recorrido completo por la misma de alrededor de 45 minutos en horario ininterrumpido de lunes a sábados de 10:00h a 18:30h y los domingos de 10:00h a 20:00h.