Кафедральный Собор в Вальядолида был спроектирован в XVI в. архитектором Хуаном де Эррера (Juan de Herrera), создателем Эскориала. Собор выполнен в классическом испанском стиле, также называемом «herreriano» с вкраплениями барокко. В настоящее время в нем не хранятся великие произведения искусства, хотя в свое время здесь находились произведения Эль Греко.
Изначально собор задумывался как самый крупный собор в Испании. Закладка собора, по мнению ряда историков, состоялась в 1527 г. мастером Родриго Хиль де Онтаньоном (Rodrigo Gil de Ontañon), но строительство прекратилось из-за нехватки средств. Позднее строительство было возобновлено по приказу короля Филиппа II испанским архитектором Хуаном де Эррера. Впоследствии из-за нехватки средств собор так и не был завершен.
В соборе выделяется альтарь XVI в. – работа Хуана де Хуни (Juan de Juni). Изначально алтарь был установлен в церкви – Iglesia de la Antigua, а на свое нынешнее место его перенесли в 1922 г.