Pierwszy kościół katedralny na Wawelu wzniesiony został najpewniej niedługo po ustanowieniu w l000 roku biskupstwa krakowskiego. Dzisiejszy stan wiedzy nie pozwala na dokonanie przekonującej rekonstrukcji jej kształtu. Więcej wiadomo o kolejnej, romańskiej katedrze z przełomu XI i XII wieku. Początki jej budowy łączy się z panowaniem księcia Władysława Hermana (1079-1102). Nową świątynię konsekrowano w 1142 roku. Była ona murowaną z wapienia i piaskowca trójnawową bazyliką, zapewne z emporami ponad nawami bocznymi. Od wschodu i zachodu wznosiły się prostokątne chóry zamknięte półkolistymi absydami, a pod nimi mieściły się krypty. Od strony zachodniej wznosiły się dwie kwadratowe wieże. Do dzisiaj zachowały się znaczne partie tej budowli, przede wszystkim krypta św. Leonarda i dolna część wieży południowej.
Katedra krakowska stanowiła centrum czci kanonizowanego w 1253 roku św. Stanisława, biskupa krakowskiego zamordowanego w 1079 roku z rozkazu króla Bolesława Śmiałego. Do jego grobu przybywali pielgrzymi zarówno z Polski, jak i krajów ościennych. Kult tego świętego łączony był z ideą zjednoczenia rozbitego na dzielnice Królestwa Polskiego, dlatego też nie może dziwić fakt, że wbrew wcześniejszej tradycji koronowania królów w archikatedrze gnieźnieńskiej, koronacja Władysława Łokietka odbyła się 20 stycznia 1320 roku w katedrze krakowskiej, w pobliżu relikwii patrona odrodzonej polskiej monarchii. Odtąd wawelska świątynia stała się miejscem koronacji władców Polski.
Romańska katedra, nadwyrężona przez czas i pożar w 1305 roku nie odpowiadała godności głównego kościoła diecezji krakowskiej i dlatego biskup Jan Muskata podjął próbę budowy nowej świątyni, zakończoną jednak na etapie założenia fundamentów wielobocznie zamkniętego gotyckiego prezbiterium. Natomiast zachowaną prawie bez zmian do dnia dzisiejszego budowlę, wzniesiono etapami od roku 1320 do 1346 (prezbiterium z obejściem) oraz od 1346 do 1364 (korpus nawowy), za rządów biskupów: Nankera, Jana Grota i Bodzanty. Przy budowie zatrudniano kolejno kilka warsztatów budowlanych. Konsekracji świątyni dokonano 28 marca 1364 roku. Gotyckiemu kościołowi katedralnemu nadano kształt trójnawowej bazyliki z transeptem (nawą poprzeczną) oraz prostokątnie zamkniętym prezbiterium z obejściem (ambitem).
Już w trakcie budowy gotyckiej świątyni biskupi i możnowładcy wznieśli przy jej zewnętrznych murach pierwsze kaplice. Proces ich fundacji trwał przez całe XIV i XV stulecie. Istotne zmiany w wystroju Katedry przyniósł wiek XVI. Początki renesansu w Katedrze a równocześnie także w Polsce, wiążą się z działalnością włoskiego rzeźbiarza Franciszka Florentczyka, autora nagrobka króla Jana Olbrachta zmarłego w 1501 roku. Prawdziwym przełomem było jednak wzniesienie kaplicy Królewskiej – zwanej obecnie Zygmuntowską, z polecenia króla Zygmunta I Starego, przez zespół włoskich artystów realizujących projekt Bartolomea Berrecciego. Kaplica ta stała się wzorem dla kolejnych, renesansowych i manierystycznych mauzoleów biskupich, stawianych przy Katedrze na miejscu wcześniejszych kaplic gotyckich – Piotra Tomickiego, Samuela Maciejowskiego, Andrzeja Zebrzydowskiego, Filipa Padniewskiego.
Niektóre średniowieczne ołtarze, wśród nich także ołtarz główny, ustąpiły miejsca nowym, renesansowym. W XVI wieku powstało również wiele nagrobków przede wszystkim królewskich i biskupich oraz epitafiów. Renesansowe i manierystyczne wyposażenie katedry było dziełem wybitnych artystów osiadłych w Krakowie, w znacznej części pochodzących z Włoch, takich jak wspomniany Bartolomeo Berrecci, Giovanni Maria Padovano, Jan Michałowicz z Urzędowa czy Santi Gucci. Na szczególną uwagę zasługują wspaniałe importy z Norymbergi w zakresie ludwisarstwa (płyty nagrobne, kraty), złotnictwa (część wyposażenia kaplicy Zygmuntowskiej) oraz malarstwa (kwatery ołtarza w kaplicy Zygmuntowskiej). Są one dziełami Petera i Hansa Vischerów, Petera Flötnera, Melchiora Baiera oraz Georga Pencza.
W kolejnych dwóch stuleciach Katedra na Wawelu zmieniła zasadniczo swój wystrój. W XVII wieku dzięki hojnym fundacjom królów, biskupów, magnatów i kanoników, usunięto niemal całkowicie wyposażenie z wcześniejszych epok i wprowadzono nowe ołtarze, nagrobki, stalle, obrazy. Materiałem charakterystycznym dla nowej epoki stał się czarny marmur z Dębnika i różowy z Paczółtowic. W wyniku barokizacji wystroju nawy głównej i prezbiterium powstała wyraźna oś kompozycyjna z dominantami w postaci konfesji św. Stanisława i ołtarza głównego. Kontynuując wcześniejszą tradycję wzniesiono kolejne kaplice kopułowe – biskupów Andrzeja Lipskiego i Jakuba Zadzika oraz mauzoleum królewskiej dynastii Wazów, nawiązujące zarówno formalnie jak i ideowo do kaplicy Zygmuntowskiej.
Przekształcenia dokonane w XVIII wieku nadały wnętrzu Katedry późnobarokowy charakter. Wyposażenie, dotychczas dość zróżnicowane pod względem materiału, kształtu i dekoracji, w większości wymieniono na nowe, uporządkowano i ujednolicono podporządkowując zasadom symetrii i tworząc wyraźne osie kompozycyjne. Zredukowano znacznie liczbę ołtarzy bocznych. Wzniesiono kopułowe mauzolea kardynała Jana Aleksandra Lipskiego oraz biskupa Andrzeja Stanisława Kostki Załuskiego. Kolejna kaplica królewska, która miała upamiętniać saską dynastię Wettynów, pozostała jedynie w sferze planów. Niestety, dążąc do lepszego oświetlenia wnętrza, podwyższono do wysokości prezbiterium mury ambitu, zmieniając tym samym układ przestrzenny i bryłę wschodniej części świątyni.
Trzeba zaznaczyć, że barokowy wystrój katedry był w większości dziełem wybitnych architektów włoskich (Giovanni Trevano, Giovanni Battista Gisleni i Francesco Placidi) lub we Włoszech wykształconych (Kacper Bażanka).
Utrata przez Polskę niepodległości wpłynęła niekorzystnie na krakowski kościół katedralny. Zabrakło fundacji królewskich i biskupich, a okrojone do minimum, niezwykle niegdyś bogate majątki kapitulne, nie pozwalały już na utrzymanie katedry na odpowiednim poziomie. W XIX wieku Katedra stała się celem pielgrzymek patriotycznych i miejscem okazałych uroczystości z okazji rocznic ważnych wydarzeń z dziejów Polski. Wyjątkowe znaczenie miało pochowanie w podziemiach katedralnych bohaterów narodowych walczących mężnie o wolność Ojczyzny: Tadeusza Kościuszki i księcia Józefa Poniatowskiego, a także duchowego przywódcy Narodu – Adama Mickiewicza. Pochówki te uczyniły Katedrę polskim Panteonem, w którym miejsce wiecznego spoczynku znajdują tylko najbardziej zasłużeni Polacy. Tradycja ta znalazła kontynuację w XX wieku, kiedy w podziemiach Katedry złożono szczątki Juliusza Słowackiego, Józefa Piłsudskiego i Władysława Sikorskiego.
Zasadniczą rolę w nadaniu Katedrze jej obecnego wyglądu, odegrała dokonana w latach 1895-1910 wielka restauracja dokonana pod kierunkiem Sławomira Odrzywolskiego, a następnie Zygmunta Hendla. Przeprowadzono wówczas gruntowną konserwację budowli wraz z wyposażeniem. Uszanowano przy tym historyczne nawarstwienia kolejnych epok artystycznych, chociaż usunięto, niestety, część wystroju barokowego. Godny podkreślenia jest fakt wprowadzenia nowych dzieł sztuki, takich jak nagrobki królewskie (św. Jadwigi i Władysława Warneńczyka) oraz biskupie, malowidła ścienne, witraże, kraty i wiele innych. Część z nich, reprezentujących aktualne wówczas formy secesyjne, to dzieła wybitnych artystów, spośród których wyróżnić należy Józefa Mehoffera – autora projektów szeregu witraży oraz malowideł ściennych w kaplicy Szafrańców i Skarbcu.
Wiek XX to okres nieustannej konserwacji Katedry i zabytków w niej zgromadzonych. W latach poprzedzających rok 2000 odnowiono wszystkie elewacje katedry i część kaplic. Tak przygotowana świątynia stanowiła centrum obchodów Millenium Diecezji Krakowskiej i Wielkiego Jubileuszu Chrześcijaństwa.
Bez mała tysiąc lat Krakowska Bazylika Metropolitalna pod wezwaniem św. Stanisława i Wacława pełni rolę „matki kościołów” – jednej z najważniejszych polskich diecezji a od 1925 r. archidiecezji. Sprawowana tutaj Służba Boża odznaczała się zawsze wyjątkową okazałością i uznawana była za wzór do naśladowania w innych kościołach. W okresie świetności Katedrę obsługiwało ponad stu księży odprawiających liturgię przez dzień i noc bez przerwy. Na czele hierarchii duchowieństwa katedralnego stała kapituła, do pomocy której powołani byli wikariusze. Do obsługi niektórych kaplic przeznaczone były specjalne kolegia kapłańskie: mansjonarze, psałterzyści, prebendarze kaplic Świętej Trójcy i Świętokrzyskiej (zwani nosalistami), rorantyści i angeliści. Liturgię uświetniał śpiew oraz muzyka organowa, a od XVII wieku także kapela wokalno-instrumentalna, kierowana niejednokrotnie przez wybitnych kompozytorów: Franciszka Liliusa, Bartłomieja Pękiela, Grzegorza Gerwazego Gorczyckiego.
Katedra na Wawelu zajmuje wyjątkową pozycję w dziejach Polski i w świadomości Narodu Polskiego. Jest od stuleci miejscem kultu św. Stanisława, który w nierozerwalny sposób wiąże się z ideą zjednoczonego i niepodległego Państwa Polskiego, aktualną zarówno w dobie rozbicia dzielnicowego, w okresie zaborów i w czasie rządów komunistycznych. Grób tego męczennika pełni od stuleci funkcję Ołtarza Ojczyzny. Dzieje diecezji krakowskiej i zarazem jej głównego kościoła, koronuje dokonane powołanie gospodarza tego miejsca, kardynała Karola Wojtyły na Stolicę św. Piotra w Rzymie.