La cathédrale actuelle est composée d'un corps de basilique à trois nefs et un cloître, avec au moins quatre phases constructives distinctes partout: La plus ancienne correspond aux pieds et comprend la façade ouest et la première section voûtée de l'intérieur, oblique par rapport à l'axe de l'église. Un second, entre la fin du XIVe et XVe siècle, qui touche une partie du mur nord et de la tour; la chapelle de la Biedma, au pied, en avant de la façade ouest, et le cloître, dans sa partie sud avec les cinq chapelles et le portail extérieur. La troisième, vers 1530-1550, comprend de la tête au transept, et enfin la dernière phase, entre 1567 et 1590, du transept aux pieds, plus le portail nord ou la Nativité.

Sauf pour les témoins médiévaux, la transformation Renaissance qui domine la cathédrale actuelle est due à Andrés de Vandelvira, responsable de la conception spatiale, bien qu'avec une différence de langage entre les deux sections de la tête et le reste. À la mort du maître en 1575, les travaux furent suivis par son fidèle collaborateur, Alonso Barba, et par Francisco del Castillo, à qui la conception de la grande voûte du transept pourrait appartenir, tandis que le portail nord, aujourd'hui le principal, serait être marqué par Juan Bautista Villalpando quand nous avons l'information.

L'espace vandelvirien est défini par l'utilisation de piliers cruciformes avec des demi-colonnes attachées et un morceau d'entablement sur lequel sont recouverts les arcs transversaux et les coffrets qui composent les voûtes voûtées, si caractéristiques de Vandelvira, dont tout l'espace est tourné. Un espace ouvert comme les nefs n'ont rien de plus que ces supports de séparation, sans différence de hauteur entre eux, et un éclairage généreux rayonné depuis la partie supérieure des parois latérales grâce aux élégantes fenêtres en forme de "Serlian" (linteau, arc, linteau), qui crée cette atmosphère calme et équilibrée si du goût classique de la Renaissance.

À l'extérieur, le volume de l'église configure puissamment la Plaza de Santa María, un grand espace dans lequel le Conseil ouvert de la ville se réunissait au pied des marches du temple dans le s. XIII. La tour, avec son corps gracieux de cloches octogonales de la Renaissance, bien que reconstruite au milieu du siècle dernier, après s'être effondrée en 1862, est un repère visuel très puissant pour une très vaste zone municipale, qui jusqu'au XVIe siècle atteignait la Sierra Morena.

La partie la plus ancienne, la section des pieds, est occupée par le corps prismatique de la tour et la chapelle de la Biedma ou Las Ánimas, qui date de la fin du XVe siècle, comme on peut le voir dans l'ornementation de son portail principal avec un arc en ogive avec archivoltes et feuilles de cardine et celui de la sacristie attenante, qui présente un arc en ogée et une rosace au goût du «flamboyant» ou dernier gothique. Le grand espace est recouvert d'une grande voûte en côtes dans laquelle se trouvent les armoiries de la famille Biedma.

À côté, sur le mur sud, au contraire, s'ouvre la dernière des chapelles construites: la Chapelle d'Or, fondée en 1598 par Don Cristóbal Molina et son fils, Pedro Muñiz de Molina, doyen qui était de la cathédrale de Lima, sur le conseil fondateur duquel se trouve son beau-frère Lorenzo de Cabrera, d'où Cabreras et Molinas sont les boucliers de sa couverture. Celui-ci, tout comme l'intérieur, est somptueux de par son ornementation, à thème funéraire, dans la lignée du classicisme de la fin de la Renaissance dominant à Jaén et très vandelvien.

La partie immédiate au pied du transept, la plus moderne, construite après un effondrement en 1667, présente les piliers les plus simples, sans piédestal, avec des colonnes corinthiennes avec des éléments anthropomorphes. Dans la nef centrale se trouvait le chœur, du XVIIe siècle, démembré et les dossiers des chaises étaient répartis dans les chapelles latérales, formant des retables, ainsi que la loge d'orgue et d'autres éléments du retrochoir.

Les voûtes voûtées sont ornées de pétoncles dans la nef centrale et d'autres motifs géométriques. Plus spectaculaire est la grande voûte du transept, achevée en 1593, un pseudo-dôme qui développe de grandes surfaces comme des pendentifs où vont les figures des évangélistes.

La section du chevet, la première phase de la nouvelle cathédrale, présente des piliers plus complexes et des chapiteaux d'excellente taille avec des figures et des éléments fantastiques; les voûtes sont voûtées, mais avec des nerfs, ce que Vandelvira appelle des «enjarjadas», dont l'une avec une lanterne. Il lui manque les belles "Serlianas" de l'autre phase, rendant l'espace plus sombre et plus archaïque. Au contraire, les meilleures chapelles Renaissance sont concentrées ici, notamment les trois de la nef de l'Évangile. Le premier de la croisière est celui de Santiago, d'un classicisme tardif, mais très fidèle aux modèles Vandelvira. Le second, celui de San José, également vandelvirien, sauf au sommet, se distingue par ses magnifiques sculptures en pierre de San Pedro et San Pablo, ainsi que les reliefs. Aussi le dernier, celui de San Miguel ou Los Arcedianos, en pierre polychrome, est le seul documenté comme par Vandelvira, suivant un schéma de composition sans aucun doute inspiré par les élévations de la monumentale Capilla de los Benavides, à San Francisco du même ville. . Ici, son retable est baroque, du XVIIIe siècle, comme la toile du saint titulaire.

La Capilla Mayor, à façade plate, est recouverte d'une magnifique voûte nervurée de type «enjarjada». Du côté de l'épître, la chapelle du Tabernacle, ouverte en tête, date de 1620 et est recouverte d'une demi-orange. Il doit avoir été entièrement peint, selon certains restes. Également à proximité, la chapelle Los Dolores, comme une grande niche formée par un arc en plein cintre.