Inicialmente fue Colegiata bajo la advocación de Santa María y edificada donde estaba ubicada la Mezquita Mayor de los musulmanes que residieron en Tudela. Fue posteriormente elevada al rango de catedral por Pío VI a instancias de Carlos III. Es una construcción de finales del s. XII, habiéndose comenzado por la cabecera y el transepto, donde se guardan los vestigios más claros de época románica. La portada del sur es de medio punto, abocinada, con guardalluvias que protege tres arquivoltas decoradas con signos geométricos y vegetales de gran calidad y variación, descansan en sus respectivas columnas con capiteles historiados, sobre los que hay un cimacio corrido también ricamente tallado con motivos vegetales. Los temas representados en los capiteles son diversos pasajes Evangélicos a la izquierda y de los Hechos de los Apóstoles a la derecha.
La portada correspondiente al extremo norte del transepto, de arco ligeramente apuntado, también abocinada, con un tímpano liso, es de tres arquivoltas con guardalluvias, con abundante decoración vegetal muy resaltada, que descansan en sus correspondientes columnas de capiteles historiados con pasajes de la vida de San Juan Bautista a la izquierda y de San Martín de Tours a la derecha.
La portada del Juicio, es de grandes dimensiones ligeramente apuntada y de gran abocinamiento, compuesta de guardalluvias y ocho arquivoltas con todas las dovelas historiadas, a la izquierda escenas de la Resurrección y los Bienaventurados en el Cielo, y a la derecha se repiten algunas escenas de la Resurrección y los condenados al Infierno representando sus pecados. Todo ello con motivo del Juicio Final al que hace referencia las ménsulas que soportan el actual tímpano liso existente. Descansan sobre sus correspondientes columnas con capiteles con motivos del Antiguo Testamento referidos a la Creación, Pecado Original, Caín y Abel, el Arca de Noé y Sacrificio de Isaac.
El tratamiento de las imágenes y su estilo se aleja ya del románico y puede emparentarse con el primer gótico francés, estimando su construcción en los comienzos el s. XIII.
El interior presenta tres naves, la de en medio mas ancha, de cuatro tramos, crucero de cinco tramos, todos ellos cubiertos por bóvedas de crucería y separados por arcos fajones baquetonados, descansando en grandes pilares cruciformes con columnas adosadas en los frentes y acodilladas con capiteles de diversa índole, tanto historiados como decorados con vegetales. Ábside central semicircular co bóveda gallonada partiendo los nervios de la clave del arco fajón; en los laterales a sus flancos, capillas semicirculares con bóveda de cuarto de esfera y en los laterales de éstas, capillas cuadradas con bóvedas de crucería .
Se encuentra bien iluminada, recibiendo luz de diversos y abundantes vanos y óculos.
Al ser colegiata en su inicio, dispone de un claustro románico al sur del templo que se concluyó a finales del s. XII. Es rectangular con pandas de 9 y 12 arcos de medio punto sobre dobles o triples columnas. En las esquinas y en el centro de las pandas hay pilares con columnas adosadas. Los capiteles que no han desparecido son de hermosa factura, con figuras de volumen abultado con calidad en todo el detalle, tanto de los rasgos físicos como de las vestiduras. Representan tanto pasajes del Antiguo, como del Nuevo Testamento y alguno con motivos cotidianos, como puede ser la caza. Todos ellos tiene su correspondiente cimacio bellamente decorado con motivos vegetales o geométricos.