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O edifício, erguido em estilo românico pelo mestre Roberto, põe de pé uma estrutura fortificada e robusta, herdando essa memória militar e defensiva. A Sé constrói-se sobre uma planta de três naves - sendo a central em abóbada de berço e as laterais em abóbada cruzada - e sobre as duas laterais erguem-se duas curiosas galerias - o trifório. Hoje, as naves da Sé são talvez das poucas estruturas que saíram quase ilesas dos sucessivos acrescentos e restauros. Os últimos, já feitos no século XX, tornaram o monumento num verdadeiro pastiche, nas palavras do historiador José Luís de Matos. Sobre o cruzeiro, que nas igrejas com planta em cruz latina é o espaço onde se cruzam os dois braços da cruz, ergueu-se uma torre por cima da capela-mor.
A campanha de construção prolongou-se até aos inícios do século XIII, quando se começou a introduzir nos capitéis da fachada principal uma linguagem gótica. A partir daqui, a Sé-Catedral foi objecto de várias campanhas, como seria de esperar num dos edifícios mais antigos da cidade e o centro da vida religiosa. É do reinado de D. Dinis que data a construção do claustro, altura em que foi demolido o bairro islâmico situado a nascente da Sé. A obra, construída num terreno que sofreu um aterro, implantou-se com dificuldade, utilizando como decoração os motivos vegetalistas tão em voga no gótico português.
O acrescento mais importante do estilo gótico será, no entanto, a construção de uma nova cabeceira por D. Afonso IV, cujo centro é a capela-mor, que o rei reservou para panteão privado. Foi esta campanha que ergueu o deambulatório - a galeria que envolve a capela-mor, rodeada de outras capelas, típica das grandes igrejas de peregrinação da Idade Média.
Já no século XVII, o arquitecto Marcos da Cruz constrói em