Si tratta di un miscuglio di stili architettonici sovrapposti, succedutisi nel corso dei nove secoli che durarono le costruzioni e le ristrutturazioni.
Fu l'emiro mussulmano Abderrahman I che ne ordinò la costruzione nell'anno 785 sui resti dell'antica chiesa visigota di San Vicente. Nei secoli successivi la moschea fu progressivamente ampliata. Abderrahman III fece costruire un nuovo minareto mentre, nel 961, Alhaken II allargò la pianta dell'edificio e fu decorato il mihrab. L' ultimo intervento di ristrutturazione fu realizzato da Almanzor nel 987. Il risultato è all'interno si configura un labirinto di colonne di grande bellezza, con archi doppi e archi a ferro di cavallo. Nell'anno 1523, dopo la conquista cristiana, fu costruita al suo interno la cattedrale della quale spiccano la pala d'altare maggiore, la pala d'altare barocca e gli stalli del coro in legno di mogano. Il mihrab è uno dei più importanti del mondo musulmano, essendo l'elemento più nobile della Moschea-Cattedrale. La decorazione è in mosaico bizantino e marmi lavorati. Vi si accede dal Patio degli Aranci.