En 1088, Alfonso VI de León repobló Segovia, entonces formada por siete aldeas, dándole un régimen jurídico y amurallando la parte más alta.
La primera noticia data de 1117, cuando Domingo Petit deja sobre ella una manda en su testamento, debiendo estar el templo por entonces en plena construcción.
En 1136, Alfonso VII dona a la catedral toda la sernam del río Eresma, y en 1144 el lugar de Freguezedo; por entonces el templo debía encontrarse casi terminado.
Sobre su aspecto existen pocos testimonios, aunque las descripciones de los canónigos Pantigoso y Juan Rodríguez dejan averiguar sus trazas principales:
El cabildo catedralicio encargó la reja que cerraba la capilla mayor al maestro Francisco de Salamanca, quien la ejecutó en 1515.
El canónigo Pantigoso redactó entonces un informe sobre el estado del templo: Concluían así cuatrocientos años de historia para la segunda catedral que tuvo la ciudad.