El templo tiene orígenes remotos aunque como iglesia cristiana comenzó a construirse en el siglo XIII.
El templo se erigió sobre una mezquita musulmana que, anteriormente, fue una iglesia de los tiempos de Recaredo, en el siglo VI. El rey San Fernando y el arzobispo pusieron la primera piedra en el año 1226. Posteriormente, fueron terminándose las quince capillas de la girola. Hacia el año 1300 se termina la nave del crucero, aunque las obras prosiguieron durante los dos siglos siguientes.
Su planta es de cinco naves y sus medidas son 120 metros de longitud y 59 de anchura. La techumbre está sujeta por 88 columnas. Las vidrieras polícromas datan de los siglos XIV, XV y XVI. El retablo de la Capilla Mayor, de cinco cuerpos, contiene escenas del Nuevo Testamento con esculturas policromadas de tamaño natural y está elaborado en madera dorada al fuego. Fue encargado por el cardenal Cisneros y realizado entre 1497 y 1504. La Capilla de Santiago, del siglo XV, es de estilo gótico flamígero y alberga los sarcófagos del condestable de Castilla don Álvaro de Luna y de su esposa, doña Juana de Pimentel. El impresionante coro está considerado como el más grandioso de la cristiandad. La reja que lo limita es de Domingo de Céspedes. La sillería del coro bajo se empezó a elaborar en el siglo XV con escenas de rendición de plazas y fortalezas hasta la conquista de Granada.
El alto está compuesto de 72 sitiales y fue llevado a cabo por Alonso de Berruguete y Felipe Vigarni, en el siglo XVI. El llamado Ochavo es una suntuosa estancia de finales del XVI dedicada a los mártires y testigos de Cristo que guarda piezas de gran valor como el relicario de San Luis, un busto de San Juan Bautista o la Cruz del cardenal Mendoza. En la Sacristía Mayor se pueden admirar obras de Lucas Jordán y del Greco.
