Jaime II de Mallorca dispuso en su testamento de 1306 ser enterrado en una capilla dedicada a la Trinidad que se construiría en la catedral. A principios del siglo XIV, las obras de la catedral comenzaron precisamente en esta capilla, junto al presbiterio, conocida en la documentación como la "capilla nueva" y actualmente como la capilla Real. Es probable que, a la muerte del rey en 1311, la capilla aún no estuviera terminada. Las obras continuaron durante los reinados de Sancho I y Jaime III de Mallorca.

El ábside central o capilla Real tiene tres tramos decorados con el escudo de los Cuatro Palos y el de la ciudad de Mallorca en las claves de bóveda, así como los Cuatro Palos repetidos en los muros. Al fondo se encuentra la cátedra episcopal, datada en 1346 y realizada en mármol blanco de Carrara, con detalles dorados añadidos por Antoni Gaudí. Detrás de este trono, a una altura de siete metros, se encuentra la capilla de la Trinidad, que consta de dos plantas: una alta, abierta a la nave central y diseñada con arcosolio en sus muros para albergar sepulturas reales. Este santuario elevado, similar al de la iglesia de Santa Cruz de Palma y a la capilla palatina del palacio de los Reyes de Mallorca en Perpiñán, consta de dos tramos.

Construido como panteón familiar de la dinastía privativa de Mallorca, desde 1947 alberga los cenotafios de Jaime II y Jaime III de Mallorca, realizados por el escultor Frederic Marès i Deulovol. La planta inferior, situada a ocho metros de profundidad, fue originalmente pensada como una cripta y se utiliza actualmente como sacristía.