La Sé Velha, uno de los templos románicos más destacados de Portugal, comenzó a edificarse tras la Batalla de Ourique (1139), cuando Afonso Henriques, autoproclamado rey de Portugal, eligió Coímbra como capital del reino. La construcción se inició bajo el obispado de Bernardo y recibió un gran impulso gracias al obispo Miguel Salomão en 1162. En 1182 ya estaba lo suficientemente avanzada como para acoger el entierro del obispo Bernudos, y en 1185 fue escenario de la coronación de Sancho I. Los trabajos principales, que incluyeron el claustro, finalizaron a comienzos del siglo XIII, durante el reinado de Alfonso II. El diseño de la catedral se atribuye al maestro Roberto, con la colaboración de Bernardo y Soeiro, arquitectos que también trabajaron en otras iglesias del norte de Portugal.

Durante el siglo XVI, se llevaron a cabo importantes reformas, como el recubrimiento de capillas y pilares con azulejos, la construcción de la Porta Especiosa —un pórtico renacentista de João de Ruão— y la remodelación del absidiolo sur en estilo renacentista, aunque la estructura esencial del edificio mantuvo su carácter románico. En 1772, la sede episcopal se trasladó a la iglesia jesuítica que pasaría a ser la Sé Nova.

La catedral, ejemplo intacto del románico de la época de la reconquista, se caracteriza por su aspecto fortificado, con muros almenados, ventanas estrechas y fachada occidental reforzada por contrafuertes. El portal principal, con arquivoltas decoradas, y la torre-linterna sobre el crucero destacan en su diseño. El interior presenta tres naves, cinco tramos, transepto poco desarrollado y cabecera con ábside central y dos absidiolos. La nave central está cubierta por bóveda de cañón, las laterales por bóvedas de arista, y cuenta con una tribuna con arcadas que recorre su parte superior. Los capiteles románicos, cerca de 380, exhiben motivos geométricos, vegetales y animales, influenciados por el arte islámico y prerrománico, con escasa presencia de figuras humanas.

El claustro, construido en tiempos de Alfonso II, marca la transición al gótico, con arcos ojivales y tracerías simples. Sus esquinas, donde los arcos se interrumpen mutuamente, crean un efecto singular.

La decoración interior incluye un importante retablo gótico flamígero, realizado entre 1498 y 1502 por Olivier de Gand y Jean d’Ypres, que ocupa la capela-mor y es considerado uno de los mejores en su estilo en Portugal. En el absidiolo norte, donde yace el obispo Jorge de Almeida, se encuentra un altar renacentista de Nicolau de Chanterenne; mientras que el absidiolo sur alberga un retablo en piedra, obra de João de Ruão, quien también realizó la Porta Especiosa. El transepto conserva una pila bautismal gótico-renacentista de Diogo Pires o-Moço, y varias tumbas góticas, incluida la de Vataça, dama bizantina cuya lápida luce el emblema imperial de doble águila.

Con sus elementos románicos originales y las posteriores intervenciones góticas y renacentistas, la Sé Velha de Coímbra es un testimonio arquitectónico y artístico de las distintas etapas históricas que marcaron la ciudad y el reino de Portugal.