La façade occidentale de l'église, influencée par les cathédrales de Paris et de Reims, est visible depuis l'escalier de la Plaza de Santa María.

La façade de Santa María, avec ses trois arcs brisés et évasés, abrite la Puerta Real, ou Puerta del Perdón, au centre, et les Puertas de la Asunción et Inmaculada sur les côtés, dans la moitié inférieure. Cette porte, construite au XIIIe siècle et dédiée à la Vierge, était considérée comme la manifestation sculpturale gothique la plus importante de Castille, mais sa grave détérioration a forcé la reconstruction austère des portes latérales en 1663 par Juan de Pobes et de la porte centrale, de style néoclassique, avec une ouverture à linteaux et un fronton triangulaire, en 1790. Les tympans des portes latérales sont décorés de reliefs de la Conception et de la Coro.

Cathédrale illuminée.
La deuxième partie de la rue centrale de la façade possède une rosace cistercienne du XIIIe siècle avec un tracé d'étoile à six branches ou de sceau de Salomon. Dans la troisième partie de cette même rue se trouve une élégante galerie, ponctuée de flèches et de plusieurs pinacles, et formée par deux grandes fenêtres avec des meneaux et des tracés de trois oculi quadrilobés. Sous les huit arcs qui forment les meneaux des deux arcs se trouvent les statues des huit premiers rois de Castille, de Ferdinand I à Ferdinand III. Une magnifique rampe d'arcs brisés couronne la chaussée, au-dessus de laquelle se trouve une statue de la Vierge à l'Enfant avec la phrase Pulchra es et decora. Juan de Colonia a construit ce fleuron du milieu du XVe siècle.

Au-dessus des portes latérales de la première section se trouvent deux tours presque jumelles du XIIIe siècle à trois sections, avec des pilastres décorés de pinacles et de statues à leurs angles, et des ouvertures en ogive décorées de chaque côté de chaque section : une évasée avec un meneau et un oculus couvert de vitraux dans la première section ; deux ouvertures jumelées sans meneau ni tracerie dans la deuxième section ; et deux autres ouvertures jumelées avec meneau et tracerie dans la troisième section.

Vue de l'Espolón.
Au milieu du XVe siècle, Juan de Colonia ajouta à ces tours deux flèches pyramidales à base octogonale et de belles frettes, définissant ainsi le profil de l'église de Burgos. Le maître Juan a peut-être entendu parler du projet de cathédrale souabe-allemande de Cologne, bien que les flèches de la ville n'aient été érigées qu'au XIXe siècle. La cathédrale de Fribourg et celle de Bâle3 ont été érigées avant cela. L'évêque Alonso de Cartagena et son successeur, Luis de Acuña, ont financé les flèches de Burgos. Leurs armoiries et celles de la monarchie castillane et léonaise figurent sur les parapets qui relient les tours. Le maître Juan a également placé sur ces parapets les légendes pax vobis et ecce Agnus Dei (voici l'agneau de Dieu) ainsi qu'une sculpture de saint Jean-Baptiste.

Deux tourelles polygonales avec des arcs lobés, des pinacles, des sculptures et des flèches pyramidales grimpent jusqu'aux flèches des tours et abritent des escaliers en colimaçon menant au triforium et aux voûtes de la cathédrale.