La Cattedrale di Cagliari presenta una pianta a croce latina, conferitagli dal transetto aggiunto nel XIV secolo dai Catalano-Aragonesi dopo aver preso possesso del Castel di Castro(l'attuale quartiere di Castello). I nuovi dominatori  dotarono la chiesa di due portali laterali, modificando significativamente l'originario impianto predisposto dai loro predecessori pisani nel 1258: questo prevedeva otto colonne monolitiche che suddividevano la chiesa in tre navate, il soffitto era costituito da capriate lignee . Durante la prima fase di modifica, datata 1326-1546, i Catalano-Aragonesi eressero una cappella poligonale nel braccio sud del transetto, sormontata dallo stemma d'Aragona. Sempre in epoca aragonese vennero realizzate tre cappelle nella navata di sinistra e quattro nella navata di destra, ora scomparse. Nel 1612 furono edificati il nuovo Presbiterio e la Cripta-Santuario dei martiri cagliaritani. Le modifiche più significative furono tuttavia apportate dal restauro commissionato dall' Arcivescovo Pietro De Vico nel 1669 - '70 all'architetto genovese Domenico Spotorno, che sostituì il tetto ligneo con solide e alte volte oltre a sostituire le otto colonne monolitiche e divisorie delle navate con sei pilastri di calcare marmoso. Ulteriori modifiche interessarono  le raffinate Cappelle trecentesche, murate per rinforzare i muri perimetrali che svolgevano una funzione di spinta delle volte e di sostegno del peso della cupola. Nel 1674 furono completati i lavori di restauro che conferirono al Duomo una fisionomia totalmente nuova e slanciata, esaltando la suggestione e la maestosità, in linea con i canoni del Barocco; l'originario impianto pisano conservò soltanto la torre campanaria e il muro interno della facciata con l' architrave del portale mediano. Infine nel 1702 l' antica facciata romanica, ispirata alle cattedrali di Pisa e di Lucca, fu sostituita da quella barocca, realizzata da Pietro Fossati. L'opera venne scelleratamente demolita e ricostruita negli anni trenta del XX secolo dall' architetto Giarrizzo che optò per uno stile Neo - Romanico, volto a ripristinare l' antico prospetto Romanico - Pisano, caratterizzato dal sistema del finto loggiato.