La conquista de la isla de Mallorca, en manos de los musulmanes, por parte de Jaime I el Conquistador en 1229, tuvo como resultado, entre otras cosas, el restablecimiento de la diócesis de Mallorca. Sin embargo, el nuevo obispo Raimon de Torrelles no fue nombrado hasta finales de 1237. Durante el período entre 1230 y 1256, se llevaron a cabo diversas obras y consagraciones parciales, especialmente bajo el mandato del obispo Pere de Morella en 1269 y 1271.

Las obras de la catedral comenzaron en el sitio que ocupaba la mezquita de Madîna Mayûrqa, que fue derribada progresivamente a medida que avanzaban los trabajos del nuevo edificio, hasta su completa demolición en 1386. La construcción de la catedral se inició a finales del siglo XIII y continuó durante tres siglos y medio. El primer arquitecto del proyecto fue Ponç des Coll, quien comenzó con la construcción de la capilla de la Trinidad, ubicada al este. A Ponç le sucedió Jaime Fabre, también arquitecto de la iglesia de Santo Domingo de Palma y de la catedral de Barcelona.

Entre los años 1314 y 1327, se erigió la actual capilla Real, tras haber ampliado la plaza del Mirador hacia el mar. A mediados del siglo XIV, la obra prosiguió con la construcción de las tres naves, bajo la supervisión de Berenguer de Montagut. Se cree que parte del material utilizado para la construcción de la catedral provino de la cala de Portals Vells. Allí, se extrajeron bloques de piedra perforando enormes cuevas en un acantilado, los cuales se transportaban por barco hasta Palma.