No ano de 1199, o rei D. Sancho I obteve do papa Inocêncio III a transferência da sede do bispado da Egitânia para a cidade da Guarda, o que obrigou à imediata construção de uma nova catedral. O primitivo edifício nâo deixou qualquer rasto, e melhor sorte não teria a segunda sé, mandada edificar no reinado de D. Sancho II e arrasada em 1374 a mando de D. Fernando, pois a sua infeliz localização - «fora de portas» e frente à Torre dos Ferreiros - permitia que pudesse ser utilizada como torreão de assalto pelos inimigos castelhanos.
A construção da terceira sé deve-se à iniciativa do bispo D. Frei Vasco de Lamego, que para o efeito obteve licença do rei D. João I. As obras tiveram início em 1390 e arrastaram-se por mais de 150 anos, vindo a concluir-se em boa parte devido aos esforços empreendidos durante o reinado de D. Manuel I pelo bispo D. Pedro Gavião, a quem se deve a elevação dos edifícios, a construção das abóbadas, das torres e do pórtico principal. Sabe-se que D. João I «mandou a traça della», admitindo-se a hipótese de o seu autor ter sido Afonso Domingues, dada a filiação que se lhe estabelece com o Mosteiro da Batalha, discutindo-se igualmente a posterior participação de mestre Boitaca; e tudo indica que os responsáveis pela fase final das obras terão sido os irmãos Pero e Filipe Henriques, filhos do arquiteto Mateus Fernandes.
Assim, apesar de ostentar típicos acabamentos manuelinos, este imponente edifício de granito constitui um dos mais notáveis exemplares da arquitetura tardo-gótica nacional, possuindo simultaneamente uma grande unidade estilística e uma invulgar originalidade. O exterior, de aspeto fortificado, impressiona pela articulação de poderosos volumes, enquanto que dentro o destaque vai para o magnífico retábulo «ruanesco» do altar-mor, verdadeira obra-prima da escultura renascentista coimbrã.
Na frontaria, que é geralmente considerada a «irmã pobre» das fachadas, o típico portal manuelino está entalado entre duas possantes torres avançadas, de formato octogonal e base quadrangular, cuja robustez é atenuada por frestas e sineiras. Sobre o portal abre-se o óculo que resultou do desaparecimento da rosácea, acima do qual se avista uma moldura em forma de empena.
As fachadas laterais são relativamente idênticas, com arcobotantes coroados de pináculos floridos, entre os quais se inscrevem as cabeceiras de diversas capelas ediculares. No entanto, a do lado norte apresenta maior riqueza decorativa, pois no topo do saliente transepto rasga-se um belo portal quatrocentista de arquivoltas quebradas, encimadas por um delicado relevo de formato conopial flanqueado por dois brasões, e inscrito num gablete rematado por uma arcada cega de seis arcos trilobados assentes em finos colunelos. Na fachada sul, rasga-se um singelo portal gótico no flanco oriental do transepto, encimado por um brasão episcopal inscrito numa moldura retangular. A zona da cabeceira é ritmada pelos salientes gigantes, que enquadram estreitas frestas nos absidíolos e frestões mainelados na abside.
Completam a decoração exterior janelões manuelinos nos topos do transepto, pináculos coroando os contrafortes, gárgulas de variados tipos, rendilhadas platibandas decoradas com flores-de-lis e molduras marcando diferentes pisos.
O interior é de planta em forma de cruz latina, com três naves de cinco tramos suportadas por esbeltos pilares cruciformes com meias-colunas adossadas, que nos dois últimos possuem notáveis fustes espiralados, sendo a cabeceira formada por três capelas poligonais. A majestosa nave central, iluminada por um clerestório de frestas maineladas, é coberta por uma abóbada de cruzaria de ogivas, cobertura essa que também se observa nas naves laterais. Sobre o cruzeiro situa-se o lanternim, que ostenta uma magnífica abóbada estrelada com o fecho decorado com a emblemática Cruz de Cristo.
A capela-mor abre-se através de um arco triunfal de fino recorte, suportado por esguias colunas de capitéis rendilhados, e possui uma bela abóbada polinervada com o fecho formado por uma enorme pinha suspensa. No altar-mor encontra-se o maravilhoso retábulo de pedra de Ançã mandado fazer cerca de 1553 pelo bispo D. Gregório de Castro, e atribuído à oficina do célebre escultor João de Ruão. Esta obra de excecional dimensão é composta por mais de cem figuras esculpidas, oriundas do Antigo e do Novo Testamento, sendo um dos painéis centrais ocupado pela invocação da igreja, N. S. da Assunção.
Entre as diversas capelas laterais, destacam-se a dos Ferros, pelo seu belo gradeamento, e a dos Pinas, que comunica com a nave do lado do Evangelho através de um arco renascentista, albergando no seu interior o notável mausoléu do tesoureiro-mor João de Pina, com estátua jacente tardo-gótica de grande naturalismo e apurado sentido estético.
Do recheio da Sé fazem ainda parte alguns cadeirais setecentistas, bem como um órgão datável do mesmo período.
No pavimento, existem inúmeras lajes sepulcrais, muitas delas com ornamentação heráldica, datando do século XIV algumas das que se encontram na capela-mor.
Foi classificada Monumento Nacional por decretos de 10 de janeiro de 1907 e de 16 de junho de 1910.
