La ciudad de Barcelona debió recibir muy pronto la luz de la fe cristiana. Los martirios de Santa Eulalia y San Cucufate, durante la persecución de Diocleciano-Maximiano, testifican que había cristianos en Barcelona al menos en las postrimerías del siglo III y en los primeros años del siglo IV.
Carecemos, sin embargo, de noticias históricamente ciertas en cuanto a la organización eclesiástica de nuestra diócesis hasta el año 343, en que el obispo de Barcelona de nombre Pretexto, asistió con cinco obispos hispànicos más al concilio de Sárdica en Oriente para ratificar todo aquello que había sido definido en el Concilio Ecuménico de Nicea (325) sobre la divinidad de Jesucristo.
Un conjunto de conjeturas sólidamente fundamentadas permiten suponer que en aquellos tiempos Barcelona ya contaba con un templo episcopal, o catedral, que poco después utilizarían para el ministerio pastoral otros obispos significativos de nuestra diócesis: san Paciano (390), Lampi (400), Nundinari (461), Nebridi (540), Ugne (599), Severo (633), Quirico (656), Idalio (688), Laülf (693), Frodoino (890), etc. El año 599 esta catedral aparece documentalmente dedicada a la santa Cruz (segundo concilio de Barcelona).
Las excavaciones realizadas hace poco en el subsuelo de la calle de los condes de Barcelona (que actualmente bordea el muro de oriente de la Catedral) han puesto al descubierto un edificio de tres naves, separadas por dos series de columnas de mármol blanco, que sin duda se debe identificar con aquella basílica paleocristiana barcelonesa levantada en el siglo IV y ennoblecida, a pesar de las dificultades provocadas por la lucha arriana, por otros obispos durante siete siglos.
En el año 877 esta basílica acogió solemnemente en una de sus capillas las reliquias de santa Eulalia que, escondidas para que los árabes invasores de nuestra península (711) no las profanaran, fueron encontradas milagrosamente en esa fecha en el templo de Santa María de las Arenas o del Mar.
Esta Catedral primitiva, profundamente deteriorada por Almanzor, cuando este caudillo árabe incendió y destruyó la ciudad, se mantuvo en pie hasta 1046, año en que el conde de Barcelona, Ramón Berenguer el Viejo y su mujer Almodis, con el obispo Guislabert, iniciaron la construcción de otra Catedral, la denominada Catedral románica. Esta segunda catedral fue consagrada el 18 de noviembre de 1058 por el arzobispo Wifredo, metropolitano de Narbona.
Encima de los cimientos de la primitiva basílica paleocristiana, y de la Catedral románica posterior, se construyó la actual Catedral de estilo gótico. Las obras se iniciaron el 1 de mayo de 1298, durante el pontificado del obispo Bernardo Pelegrí y el reinado de Jaime II de Aragón, el Justo; y fueron prácticamente finalizadas a mediados del siglo XV, en tiempos del obispo Francisco Clemente Sapera y siendo rey de Aragón Alfonso V.
Podemos distinguir tres etapas durante los ciento cincuenta años que duraron las obras: en la primera se planeó todo el edificio y se llevó a cabo la construcción del ábside con las capillas radiales, el presbiterio con su altar y la cripta, y la del falso crucero; a continuación se prolongaron las tres naves con sus respectivas capillas laterales hasta la altura posterior al coro; finalmente se prosiguió la construcción de la basílica hasta la línea de la fachada que posteriormente fue cerrada con un simple muro (1417). El claustro se terminó en 1448.
A finales del siglo XIX, el industrial barcelonés Manuel Girona Agrafel se ofreció a sufragar la obra de la fachada y de sus dos torres laterales que fue llevada a cabo según los planes del arquitecto Josep O. Mestres inspirados en el proyecto inicial que ya se había dibujado en el siglo XV. Los hijos del señor Girona completaron la empresa del padre con la construcción del cimborrio, que se finalizó el año 1913.