
Katedral memiliki empat fasad yang berisi portal diapit dengan kolom dan patung. Dua menara lonceng berisi total 25 lonceng. Tabernakel, berdekatan dengan katedral, berisi baptistery dan berfungsi untuk mendaftarkan jemaatnya. Ada dua besar, hiasan mengubah, sebuah sakristi, dan paduan suara di katedral. Empat belas dari enam belas katedral kapel terbuka untuk umum. Setiap kapel ini didedikasikan untuk orang suci yang berbeda atau orang-orang kudus, dan masing-masing disponsori oleh sebuah serikat religius. Kapel berisi hiasan altar, altarpieces, retablos, lukisan, perabotan dan patung. Katedral adalah rumah bagi dua dari abad ke-18 terbesar organ di Amerika. Ada sebuah ruang bawah tanah di bawah katedral yang menyimpan sisa-sisa banyak mantan uskup agung.
Selama berabad-abad, katedral telah menderita kerusakan. Api pada tahun 1962 menghancurkan bagian penting dari interior katedral. Pekerjaan pemulihan yang mengikuti menemukan sejumlah dokumen penting dan karya seni yang sebelumnya disembunyikan. Walaupun fondasi yang kokoh dibangun untuk katedral, tanah lempung lunak ini dibangun di atas telah menjadi ancaman terhadap struktural integritas. Menjatuhkan tabel air dan dipercepat tenggelam menyebabkan struktur yang akan ditambahkan ke Monumen Dunia Dana daftar 100 Most Endangered Sites. Pekerjaan rekonstruksi awal tahun 1990-an stabil katedral dan itu dihapus dari daftar terancam pada 2000.
Setelah penaklukan Spanyol dari Kekaisaran Aztek, para conquistador memutuskan untuk membangun gereja mereka di situs dari Templo Walikota dari kota Aztec Tenochtitlan untuk mengkonsolidasikan kekuasaan Spanyol yang baru-menaklukkan domain. Hernán Cortés dan yang lainnya menggunakan batu conquistador dari kuil yang hancur Aztec dewa perang Huitzilopochtli, prinsip dewa Aztec, untuk membangun gereja. Cortés memerintahkan gereja asli konstruksi setelah ia kembali dari apa yang sekarang menjelajahi Honduras. Arsitek Martín de Sepúlveda adalah direktur pertama proyek ini 1524-1532. Juan de Zumárraga, pertama Uskup pertama Lihat dari Dunia Baru, yang didirikan pada Wali Kerajaan Spanyol Baru, dipromosikan gereja ini selesai. Zumárraga's Katedral ini terletak di bagian timur laut apa yang sekarang menjadi katedral. Ada tiga naves yang dipisahkan oleh tiga kolom Tuscan. Atapnya pusat bergerigi dengan ukiran rumit yang dilakukan oleh Juan Salcedo Espinosa dan disepuh oleh Francisco de Zumaya dan Andrés de la Concha. Pintu utama mungkin dari gaya Renaisans, daerah itu Paduan suara 48 kursi yang terbuat dari ayacahuite kayu dibuat oleh Adrian Suster dan Juan Montaño. Namun, gereja ini dianggap kurang memadai untuk segera semakin pentingnya ibukota Spanyol Baru.
Pada 1544, gerejawi berwenang di Valladolid memerintahkan penciptaan lebih baru dan katedral mewah. Pada 1552, sebuah kesepakatan dicapai di mana biaya katedral baru akan dibagi oleh mahkota Spanyol, encomenderos dan orang-orang Indian di bawah kewenangan langsung Uskup Agung Spanyol Baru. Katedral dimulai dengan menjadi yang dibangun di sekitar yang ada gereja pada tahun 1573. Ketika cukup dari katedral ini dibangun untuk fungsi-fungsi dasar, gereja asli dihancurkan untuk memungkinkan konstruksi untuk melanjutkan.