La catedral basílica de Santa María la Real constituye el principal edificio religioso de la ciudad. Las obras comenzaron en la segunda mitad del siglo XIII sobre el espacio donde estuvo la antigua catedral románica, pero no terminaron hasta 1525.
En su interior tiene tres naves de estilo gótico, las capillas son de diferentes estilos, y la sacristía mayor fue construida a finales siglo XIV y fue decorada con ornamentación rococó en el siglo XVII.
Sobre el altar mayor se encuentra la imagen de la Virgen del Sagrario, frente a la que prestaban juramento los reyes de Navarra en el momento de su coronación.
En la nave central destaca el mausoleo de Carlos III el Noble y de su esposa doña Leonor, que realizó en alabastro el escultor Jehan Lome en el siglo XV y que constituye uno de los conjuntos escultóricos más importantes de Navarra.
Destacan también los retablos, especialmente el situado en la Capilla de Santa Cristina, que data del siglo XVI, la sillería del coro, tallada por Esteban de Obray, que mide 15 metros de largo por 12 de ancho, diversas tallas románicas o un Cristo de Alonso Cano.
Su claustro, construído entre 1277 y 1472, se considera una obra maestra del gótico europeo, y en él destaca la Puerta del Amparo, la capilla Barbazana y la Puerta Preciosa, todas ellas del siglo XIV, la capilla de Jesucristo (XII), el Refectorio, y los sepulcros del Obispo Miguel Sánchez de Asiain y de los esposos Pere Arnaut y Johana de Beunça.
Por su parte, la fachada es de estilo neoclásico y fue construida entre 1783 y 1800 según el proyecto de Ventura Rodríguez. De una de sus dos torres gemelas cuelga la capana María, construida en 1584, que con sus 12.000 kilos de peso es la segunda campana más grande de España después de la de Toledo.