La antigua iglesia de Santa María, erigida tras la conquista catalana de 1235, ocupaba la misma ubicación que la Catedral. El edificio actual es el resultado de sucesivas modificaciones en las que el templo fue ampliado o reformado con cambios estéticos y ornamentales al gusto de cada época.
El edificio primitivo, de planta rectangular, solo ocupaba el espacio de la nave central y fue ampliado en el siglo XIV con la construcción del ábside gótico colocado al extremo de levante del viejo edificio, en una posición avanzada a la línea de la muralla islámica; de la cual se han documentado restos en la cripta situada bajo el presbiterio. Además del ábside de planta poligonal, se construyó una sacristía y la torre del campanario que se eleva sobre la primera capilla del ábside. La torre, de planta trapezoidal, consta de dos cuerpos separados por cornisas decoradas y en el superior hay una doble hilada de tres ventanas ojivales separadas por una cornisa. La torre aparece coronada por una estructura piramidal de aristas dentadas, similar a la de otras iglesias góticas de Mallorca.
El templo medieval volvió a ampliarse con la creación de las capillas laterales de la nave. La primera la mando hacer Ponç Sacoma, en 1388, y el resto se construyeron en el primer cuarto del siglo XVI. En esta época también se trasladó la sacristía gótica a un cuerpo exterior adosado a la capilla de San Miguel.
A finales del siglo XVII, la iglesia debía estar sensiblemente deteriorada, tal como señala el Obispo de Tarragona Josep Mora, en su visita a la iglesia. Al parecer la cubierta tenia goteras y el pavimento se encontraba muy estropeado por los continuos enterramientos que se practicaban en el interior del templo. Esta situación llevó a los jurados de la Universidad a plantearse una reforma del edifico, cuyas obras se encargaron a los maestros Pere Ferro y Jaume Espinos. Los trabajos que comenzaron en 1712 no finalizarían hasta 1728.
Esta intervención no solo mejoró los desperfectos estructurales del edificio sino que también se modificó la ornamentación interior, unificando el estilo decorativo de los distintos espacios y elementos arquitectónicos. A ambos lados de la nave se colocaron pilastras con basa de orden compuesto y capiteles de hojas de acanto y volutas, enlazados por un arquitrabe, friso y cornisa superior, sobre la que descansa la bóveda de cañón de seis tramos que cubre la nave central. Por encima de las claves de los arcos, se colocaron lunetos con motivos religiosos pintados. Los arcos ojivales de las capillas góticas del ábside se sustituyen por otros de medio punto similares a los de la nave, tan solo fue respetado el de la capilla central donde estaba situado el Altar Mayor.
Al exterior fue modificada la puerta principal del templo añadiéndole diversos elementos arquitectónicos de estilo neoclásico
En 1782 se concedió el Obispado a la ciudad Eivissa y la iglesia de Santa Maria adquirirá desde entonces el rango de Catedral. El 5 de febrero de 1784 hizo su entrada oficial el primer Obispo de la diócesis D. Manuel Abad y Lasierra, que ejerció su cargo hasta 1787.
Después del siglo XVIII la catedral sufrirá pocos cambios en su fisonomía. La obra más importante de esta época fue la modificación del Presbiterio, realizada en 1803 y en la que se elevó y amplió hasta el límite con las dos primeras capillas de la nave. El altar Mayor, situado tradicionalmente en la capilla central del ábside, pasará a colocarse en medio del nuevo presbiterio y el coro detrás del altar, dentro de la capilla central.
