Consacrée par le pape Urbain II en 1096, la cathédrale est bâtie sur un plan en croix latine à nef unique de 124 mètres de long, 18 m de largeur au transept, 23 m de haut dans la nef et 29 m dans le chœur. Alors qu'elle avait été conçue pour avoir quatre clochers, deux seulement ont leur flèche (côté rue Vital-Carles) car on se rend vite compte que la cathédrale est trop lourde pour le sol marécageux et s'enfonce. La construction des deux autres clochers est alors abandonnée. Du premier édifice roman du XIe siècle il ne reste que les murs intérieurs de la nef. Elle porte le nom de l'archevêque de la ville en 1430 (mort en 1458) qui créa la première université de Bordeaux vers 1440. Il est inhumé derrière le maître autel de la cathédrale.
La porte Royale (première moitié du XIIIe siècle) est un bel exemple gothique (embasements ornés de statues des apôtres ; tympan avec le Jugement Dernier). Le tympan du portail Nord (XIVe siècle) est orné de trois registres de bas-reliefs représentant la Cène, l'Ascension et le Triomphe du Rédempteur. Le chevet et le transept remontent aux XIVe et XVe siècles.
Parmi les évènements liés à cet édifice il y a le mariage d'Aliénor d'Aquitaine avec Louis VII, futur roi de France, en 1137. La cathédrale est classée au patrimoine mondial de l'UNESCO depuis 1998.