Una vez levantada la ciudad española sobre la antigua T'Hó, los conquistadores se dieron a la tarea de levantar la iglesia catedral. La obra fue levantada entre 1562 y 1599, luego de la autorización del Papa Pío IV y de la petición del rey Felipe II, se erigió en catedral a la iglesia de la capital del Yucatán.

Los trabajos de la construcción del recinto fueron encargados a Pedro de Aleustia, y completados por Juan Miguel de Agüero.

Durante el siglo XIX, algunos de los tesoros y obras de arte fueron robadas debido a los saqueos e inestabilidad política que padeció la ciudad en este periodo. En 1915, por órdenes del General Salvador Alvarado, la Catedral fue saqueada, perdiendo su invaluable acervo de arte sacro, incluyendo retablos barrocos y churriguerescos que databan de los siglos XVII y XVIII, el Tesoro Catedralicio y el órgano Walcker, de fábrica alemana, apenas construido en 1902. En 1916 fueron demolidas la Capilla de San José y la Capilla del Rosario a fin de separar la catedral de la sede del Palacio Episcopal (actual Museo de Arte Contemporáneo) quedando lo que actualmente es, un andador peatonal denominado "Pasaje de la Revolución" el cual contó con arcos en ambos extremos y un techo de armazón metálico y cristal el cual fueron posteriormente retirado al deteriorarse. Los arcos fueron demolidos y muchos años después, en 2011, se restauraron volviéndolos a su forma original.