Le roi asturien Fruela Ier a ordonné la construction d'une basilique consacrée à San Salvador sur le site où se trouve aujourd'hui la cathédrale d'Oviedo. Le moment exact de la fondation est inconnu, bien que grâce à l'une des deux inscriptions de fondation de la cathédrale d'Alphonse II des Asturies le Chaste, la fondation de l'église par Fruela I peut être attestée. Bien que ces inscriptions de fondation aient été détruites au début du XVIe siècle, le texte a été recueilli par l'évêque Pelayo dans le Liber Testamentorum Ecclesiae Ovetensis ou Livre des Testaments.

Le roi Alphonse II le Chaste, en transférant la capitale du royaume des Asturies à Oviedo, a ordonné la construction d'un complexe cathédral sur le même terrain, en profitant de certains des espaces de l'ancienne église de San Salvador, un complexe qui correspond au schéma urbanistique du Haut Moyen Âge : une double cathédrale, c'est-à-dire unique dans sa conception institutionnelle, mais composée de deux bâtiments aux usages différents, de la résidence de l'évêque, des quartiers épiscopaux et d'un mur de défense.

La Crónica Silense rend compte des trente années de construction du complexe ecclésiastique, qui comprenait également l'église de San Tirso, confirmant l'existence d'un ambitieux projet de construction à long terme.

Le complexe d'églises était composé de plusieurs édifices de culte dont nous avons quelques références documentaires, le monastère de San Vicente, celui plus tardif de San Juan Bautista et San Pelayo et, comme noyau principal, les basiliques de San Salvador et Santa María, qui sont restées debout jusqu'au XVIIIe siècle, annexées à la précédente comme espace de cimetière. San Salvador était l'église principale et très probablement la "propre église" du roi, tandis que Santa María était consacrée à la liturgie funéraire dédiée à Alfonso II et, plus tard, à tous les rois des Asturies. En fait, les monastères bénédictins de San Vicente (hommes) et de San Juan Bautista et San Pelayo (femmes), mentionnés plus haut, ont également participé à la liturgie funéraire de Santa María, comme cela est documenté jusqu'au XVIe siècle, lorsque cette authentique ville sainte s'est désintégrée après la reconstruction de San Vicente et le changement d'emplacement de son église et la ségrégation ultérieure de San Pelayo dans une stricte enceinte féminine, fermant les portes qui reliaient les deux institutions au cimetière de San Salvador, centré sur la chapelle funéraire royale. 6 7 La basilique de San Salvador a probablement été consacrée le 13 octobre 821. Il s'agissait d'un bâtiment à trois nefs avec un triple chœur rectangulaire et un toit en bois, sur le modèle de l'église de Santullano. Ses dimensions étaient d'environ 40 m de long, 20 m de large et 25 m de haut au maximum.8 Le chevet tripartite abritait un autel principal dédié à San Salvador, le saint patron de l'église, et douze autres autels dédiés aux apôtres, qui sont passés par la suite à vingt et un, dont beaucoup avaient une double dédicace. L'église aurait été décorée de peintures dans un style similaire à celles de Santullano.

Au sud de San Salvador, il y avait une série de constructions dont il reste aujourd'hui des vestiges au sud de la cathédrale et sous l'actuel palais épiscopal. Profitant de sa destruction totale pendant la guerre civile espagnole et dans le cadre des travaux de reconstruction, des fouilles ont été réalisées entre 1942 et 1950. Les archéologues José María Fernández Buelta et Víctor Hevia Granda ont déterminé qu'elles correspondaient au palais royal d'Alphonse II le Chaste. Cependant, cette opinion est aujourd'hui rejetée par d'autres historiens, comme César García de Castro Valdés et Eduardo Carrero Santamaría, qui remettent en question l'emplacement original du palais, tandis que les vestiges situés à côté de la cathédrale ont dû appartenir au clergé qui s'est occupé de San Salvador jusqu'à ce qu'il soit promu au rang de cathédrale, et ils ont dû être transformés en palais épiscopal et autres quartiers épiscopaux, en même temps que se construisaient les maisons et les palais des dignitaires du chapitre dans la zone environnante, qui, dans une large mesure, a survécu topographiquement jusqu'à l'ouverture contemporaine de l'actuelle Corrada del Obispo. 9 10 La Chambre Sainte serait donc le trésor de la cathédrale de San Salvador, suivant les constantes de l'architecture de l'époque, composée de deux espaces superposés attachés à une structure carrée plus élevée appelée Tour de San Miguel.11 Il n'existe aucune preuve documentaire du fonctionnement de l'étage inférieur, surnommé " crypte de Santa Leocadia ", qui servit d'espace funéraire à une date quelque peu postérieure à sa construction, avec l'élévation d'un portique funéraire sur son côté nord. La partie supérieure, le trésor lui-même, connu plus tard sous le nom de chapelle de San Miguel, a acquis au XIe siècle, une fois que le culte des reliques et du pèlerinage s'est développé, la fonction de reliquaire qu'il conserve aujourd'hui. On suppose que la construction de cet édifice a eu lieu vers 884, sous le règne d'Alphonse III le Grand, en même temps que la vieille tour qui servait de défense et complétait la fortification de l'ensemble précédemment érigé.

À la fin du XIe siècle, la Vieille Tour complète sa fonction défensive par celle de clocher, recevant à cet effet un corps roman à deux ouvertures en façade avec une voûte en plein cintre.

Plus importante est la réforme réalisée dans la Chambre Sainte à la fin du 12ème siècle. L'ancienne toiture en bois a été démantelée pour construire une voûte en berceau qui repose à l'intérieur sur des colonnes sur lesquelles un apôtre a été sculpté, un chef-d'œuvre du style roman espagnol. Les têtes sculptées du Christ, de Saint Jean et de la Vierge étaient encastrées dans le mur ouest, et le reste de la scène était peint sur le mur lui-même. Les restes de la peinture sur le mur ont disparu lorsque la Chambre sainte a été dynamitée pendant la révolution asturienne de 1934, de sorte qu'aujourd'hui les têtes semblent hors contexte.

L'influence de l'architecture gothique, déjà perceptible en Castille au début du XIIIe siècle, n'a atteint les Asturies qu'à la fin de ce siècle, lorsque la rénovation gothique du complexe cathédral a commencé, non pas dans l'édifice principal, peut-être par respect pour l'ancienne basilique ou par manque de ressources pour entreprendre des travaux d'une telle ampleur, mais dans les bâtiments annexes : la salle capitulaire et le cloître. Il faudra attendre près d'un siècle supplémentaire pour que la cathédrale gothique soit commencée.

La salle capitulaire doit sa construction au mécénat du chantre de la cathédrale Pedro Esteban, décédé en 1293 et enterré dans la salle capitulaire elle-même, et à celui du doyen, puis de l'évêque Fernando Alfonso. On ne connaît ni l'architecte responsable de la conception et de la direction de la construction du bâtiment, ni sa date de début. On sait qu'en 1300, ils étaient déjà commencés et qu'en mars 1314, la première réunion du chapitre de la cathédrale a eu lieu dans la nouvelle salle.

La construction de l'église gothique a commencé en 1382 sous le mandat de l'évêque Gutierre de Tolède. Juan de Badajoz el Viejo a été choisi comme premier architecte, bien que Juan de Candamo de las Tablas et Pedro Bunyeres 1920 aient également travaillé à la transformation du presbytère en chapelle principale.

Au XVIe siècle, le portique et la tour de la façade ont été achevés. Voici ce que l'on peut voir de la cathédrale aujourd'hui. Au cours des siècles suivants, des travaux et des améliorations ont été réalisés dans de nombreuses chapelles.

Le 11 octobre 1934, lors de l'incendie des couvents pendant la Révolution des Asturies, un groupe de révolutionnaires a fait exploser une bombe dans la crypte de la Sainte Chambre, ce qui a ruiné une grande partie du monument et causé de sérieux dommages à la structure. Les œuvres d'art ont également été gravement endommagées et d'importantes reliques ont été perdues, bien que des trésors tels que le Saint Suaire aient pu être sauvés des décombres. La reconstruction de cette catastrophe a été réalisée entre 1939 et 1942, en respectant autant que possible et en reconstruisant selon l'original.