Der Innenhof der Orangenbäume befindet sich im nördlichen Teil des Tempels. Er geht auf den Waschplatz der Moschee von Abderramán I. zurück, wurde aber auch für Unterricht und Prüfungen genutzt. In den folgenden Bauphasen wurde es vergrößert und renoviert. Das erste christliche Zeugnis stammt aus dem Jahr 1263, als die Familie Gómez de Alcázar um eine Grabstätte in der "claustra de Santa María" bat. Unter dem Mandat von Bischof Martín Fernández de Angulo (1510-16) ließ Hernán Ruiz I. die drei vom Emir Hisham I. im 8. Jahrhundert errichteten Galerien umgestalten, die in Abschnitte mit drei Rundbögen unterteilt waren, wobei die Kapitelle größtenteils von bestehenden islamischen Kapitellen übernommen wurden.

Die ersten Hinweise auf das Vorhandensein von Orangenbäumen stammen aus dem Jahr 1512, wobei Anzahl und Verteilung unbekannt sind, während im 17. Jahrhundert von 80 Orangenbäumen, 12 Zypressen, drei Palmen und einem Olivenbaum die Rede ist. Die heutige Gestaltung der Gärten und die Anordnung der Bäume in Reihen ist das Ergebnis von Arbeiten, die zwischen 1597 und 1601 von Bischof Francisco de Reynoso durchgeführt wurden.

Das Gehege ist 130 Meter lang und 50 Meter breit. Seine West-, Nord- und Ostseite sind von Säulengängen umgeben und verfügen über sechs Tore, die den Innenhof mit dem Außenbereich verbinden: das Deanes-Tor und das Milk-Tor auf der Westseite, das Perdón-Tor und das Caño Gordo-Tor im Norden sowie das Grada Redonda-Tor und das Santa Catalina-Tor im Osten. In diesen Galerien sind die Balken und Bretter ausgestellt, aus denen die ursprüngliche Kassettendecke der Kirche bestand, die bei der Restaurierung im 19. Ihr Erhaltungszustand ist relativ gut, da die Reliefs, mit denen sie verziert waren, und ein Teil der ursprünglichen Polychromie noch zu sehen sind. Deshalb wurden sie zwecks besserer Erhaltung entfernt und dienten als Vorbild für die Herstellung der heute zu sehenden Werke.

Die Südwand, die den Innenhof mit dem Inneren der Kirche verbindet, besteht aus 17 Hufeisenbögen. Diese Bögen waren ursprünglich offen, so dass die Gebetshalle ein offener Raum war. Heute ist nur noch eine von ihnen, die Puerta de las Palmas, mit dem Innenhof verbunden. Alle Bögen östlich des Tores wurden nach der christlichen Eroberung zugemauert, um mehrere Kapellen zu beherbergen. Die Bögen westlich des Tores sind dagegen von Gittern im arabischen Stil umgeben, die 1974 von den Architekten Rafael de la Hoz Arderius und Víctor Ángel Caballero Ungría errichtet wurden.