Najstarszy kościół katedralny wzniesiono zapewne na początku XI w., po ustanowieniu biskupstwa krakowskiego w 1000 r. Relikty fundamentów tej przedromańskiej bazyliki zachowały się w podziemiach kościoła. Fundatorem kolejnej romańskiej katedry tzw. Hermanowskiej był książę Władysław Herman (panujący w latach 1079-1102). Budowę kontynuował jego syn Bolesław Krzywousty. Kościół poświęcono w 1142 r. Była to trójnawowa bazylika dwuchórowa z prostokątnym prezbiterium, dwiema kryptami (od wschodu i od zachodu) oraz dwiema wieżami od zachodu. Znaczne partie romańskiej budowli zachowały się do dzisiaj, m.in. krypta św. Leonarda, dolna część wieży Srebrnych Dzwonów, przyziemie wieży Zegarowej. Katedrę zniszczył wielki pożar w 1305 r. Budowę nowej, gotyckiej, rozpoczęto z inicjatywy Władysława Łokietka około 1320 r., z udziałem biskupa Nankera. Kościół poświęcono w 1364 r. w formie trójnawowowej bazyliki z transeptem, prostokątnym prezbiterium i obejściem. W XIV i XV w. katedrę obudowano 19 kaplicami, z których większość później przebudowano.
W centrum katedry znajduje się konfesja św. Stanisława, biskupa krakowskiego, głównego patrona Polski. Mauzoleum wzniesiono w latach 1626-29 według projektu Giovanniego Trevana lub Mattea Castellego. Pod baldachimem, na cokole, spoczywa srebrna trumna ze szczątkami św. Stanisława, wykonana w warsztacie gdańskiego złotnika Piotra van der Rennena (1669-1671), ufundowana przez biskupa Piotra Gembickiego. Jest to trzeci z kolei relikwiarz biskupa, pierwszy ufundowała w 1254 r. św. Kinga, drugi w 1633 Zygmunt III Waza (zrabowany przez Szwedów w 1657 r.). Ołtarz św. Stanisława jest jednym z najwybitniejszych dzieł wczesnobarokowych w Polsce. Pełnił funkcję Ołtarza Ojczyzny, tutaj dziękowano za triumfy Polaków, składano trofea wojenne, m.in. sztandary krzyżackie zdobyte pod Grunwaldem i chorągiew turecką spod Wiednia. W ambicie zwraca uwagę ołtarz Pana Jezusa Ukrzyżowanego z krucyfiksem królowej Jadwigi (koniec XIV w.) i jej relikwiarzem.
Wśród licznych epitafiów i nagrobków wyróżniają się pomniki królewskie w formie tumby nakrytej baldachimem i z leżącą rzeźbioną postacią zmarłego: gotycki Władysława Łokietka (baldachim neogotycki, 1901-1903), Kazimierza III Wielkiego, Władysława II Jagiełły (baldachim renesansowy według projektu B. Berrecciego, 1524), neogotycki Władysława III Warneńczyka (Antoni Madeyski, 1906); barokowe Michała Korybuta Wiśniowieckiego i jego żony Eleonory oraz Jana III Sobieskiego i jego żony Marii Kazimiery, wzniesione w latach 1753-1760 według projektu Francesco Placidi - wielofigurowe kompozycje z sarkofagami dźwiganymi przez jeńców tureckich; sarkofag św. królowej Jadwigi z białego marmuru, z leżącą postacią zmarłej (A. Madeyski, 1902)
Pod katedrą znajdują się sklepione krypty, w większości wybudowane w XVI i XVII w., mieszczące groby królów i bohaterów narodowych (księcia Józefa Poniatowskiego, Tadeusza Kościuszki), wśród nich krypta św. Leonarda (XI/XII w.), będąca częścią romańskiej katedry. W 1936 r. urządzono w romańskiej, najniższej części wieży Wikaryjskiej kryptę marszałka Józefa Piłsudzkiego, gdzie w mosiężnym sarkofagu spoczywają szczątki Naczelnika Państwa.