La catedral, edificio construido en el siglo XII como fortaleza defensiva, es de estilo románico y desarrollada después siguiendo las líneas del gótico. Su aspecto exterior es el de una fortaleza medieval, con dos fuertes torres cuadradas y pórtico románicos y un imponente rosetón, de ahí que se le conozca también como la "Fortis Seguntina".

Comenzó la construcción en el siglo XII, poco después de la reconquista de la ciudad, conseguida por el obispo don Bernardo de Agén a los árabes, en 1124. Este obispo fue el promotor de la edificación de una Catedral en Sigüenza, aunque fueron los siguientes obispos los que más impulsaron su construcción. Las obras continuaron, en el aspecto arquitectónico, hasta el s. XVI, aunque en el ornamental duraron dos siglos más, hasta el s. XVIII. También se han de tener en cuenta las obras de restauración que se llevaron a cabo tras la guerra civil, en 1939. Este desarrollo de la construcción determina la peculiar estructura de la catedral seguntina.

La primitiva planta de la catedral presenta una disposición de tres naves interiores y crucero, con cinco ábsides en la cabecera del templo y claustro en el lado norte. A partir del siglo XVI, las naves se llenan de altares y capillas y los ábsides laterales son derribados para construir la nave girola, terminada en el siglo XVII.

De estilo románico son las portadas de la fachada principal, los pilares del crucero, algunos de la nave central y todos los muros inferiores de la iglesia. De estilo gótico son los muros superiores, el crucero y sus rosetones, los ventanales del presbiterio y de la nave central y el nuevo claustro. Como es sabido, la catedral se rodea de muro y de torres, formando un conjunto fortificado de aspecto guerrero, que perderá, en gran parte, en los primeros años del siglo XVI.

Es, en conjunto, un bello ejemplar del cisterciense o primer gótico. Su estilo fundamental es el de la época de transición del románico-gótico de influencia aquitano-borgoñona. Puede asegurarse que es una de las más notables catedrales cistercienses.