Burgoskatedralen (Catedral de Santa María), 1221-1567, der blev bygget oven på den tidligere romanske katedral, er opført i gotisk stil. I interiøret ses arbejder i renæssance- og barokstil. Arbejdet begyndte i kirkes østside. Højalteret blev indviet i 1260, derefter stod byggeriet stille i næsten 200 år.
Arkitekterne der var hovedansvarlige for byggeriet var i 1200-tallet franskmanden Enrique, der også var arkitekt på León katedralen og den tyske arkitekt Johannes fra Köln (Juan de Colonia, 1410-1481), der omkring 1440 blev inviteret af Alfonso de Cartagena (biskop i Burgos) til at lede katedralbyggeriet. Johannes fra Kölns søn Simón efterfulgte ham som katedralens chefarkitekt. Simon fra Kölns søn var arkitekten og skulptøren Francisco, hvis arbejder også ses i katedralen. I 1400-1500 tallet fik katedralen sin nuværende profil, der kom spir på hovedfacaden, lanterne over tværskibet, komandantens kapel (1482-1517) blev opført til Don Pedro Fernandez de Velasco og hans hustru Doña Mencia de Mendoza. Don Pedro var greve af Haro og Castilliens kommandør.
De seneste tilføjelser af væsentlig betydning kom til i 1700-tallet, hvor Skt. Theclas kapel blev bygget og de gotiske skulpturer ved hovedportalen blev ændret. Hovedfacaden er inspireret af den fornemmeste franske gotik, som den ses i Notre Dame i Paris og katedralen i Reims. Ud over Juan, Simón og Francisco de Colonia var fremtrædende kunstnere i katedralbyggeriet skulptørerne Gil de Siloé, Filipe Vigarny, Juan de Anchieta og skulptøren og arkitekten Diego de Siloé, støbejernskunstneren Cristóbal de Andino og maleren Sebastiano del Piombo.
I 1984 blev katedralen optaget på UNESCOs Verdensarvsliste.