Eretta nel 1088, la Cattedrale misura m. 54 di lunghezza e m. 25 di larghezza ed è la più grande tra tutte le Chiese di Puglia. Costruita su 42 colonne monolitiche e tutte di riporto, diverse per qualità del granito e del marmo, per stile e tempo di produzione di cui si ignora la provenienza. Composta da 23 semicolonne che formano 45 campatele quadrate più tre dell'abside centrale suddivisi in 5 filari per 9. Alcune delle colonne sono lisce ed altre ricoperte da scanalature, per mezzo della disparità dei materiali, grazie ad una disposizione sapiente, creano l'effetto di grande omogeneità e non di confusione.
Sulla facciata a doppio spiovente spicca un portale barocco del 1764 e un rosone rinascimentale a 16 raggi con fini trafori gotici di forma circolare con transenne convergenti al centro, secondo l'arte gotico-araba della fine del XV sec. Il soffitto della navata centrale è formata a cassettoni in legno dorato e risale al 1698 mentre il paliotto dell'altare maggiore, in argento, è opera di oreficeria napoletana del '700.
Alcuni affreschi parietali situati all'interno del tempio e nella cripta,
evidenziano tracce bizantine. Il pavimento a mosaico, in tessere policrome di calcare locale durissimo, è stato eseguito tra il 1163 e il 1166 da un prete dell'abbazia di S. Nicola di Casole. Questa vera e propria opera d'arte, unica nel Mezzogiorno, resistette all'invasione turca del 1480. Nella navata destra, racchiusa nell'abside, si conservano le ossa dei Martiri di Otranto, in sette grandi armadi e in parte anche nella Chiesa di Santa Caterina a Napoli. Sono i resti di ottocento e più cittadini sgozzati dai Turchi sul Colle di Minerva il 14 agosto 1480, per non aver voluto rinnegare la fede cristiana. Otranto, per questo evento glorioso, è chiamata anche la 'Città-martire'.
Sempre all'interno della cattedrale, un altro ambiente di grande valore storico e artistico che risale al secolo XI è quello della cripta, dalla forma semianulare, con tre absidi sporgenti e cinque navate. I meravigliosi capitelli risalgono ad ascendenze diverse, dal dorico-romanico, al corinzio e allo ionico. I moderni restauri la hanno liberata dalle soprastrutture barocche settecentesche.
