De Kathedraal van Tortosa is ongetwijfeld het meest prominente architectonische bouwwerk van de stad. De huidige gotische kerk, waarvan de bouw in 1347 is aangevat, werd ontworpen volgens de stijl van de 14de eeuw en ligt op de locatie van de vroegere romaanse kathedraal, waarvan alleen nog enkele overblijfselen en muren en vensters te vinden zijn. Het gebouw heeft het grondplan van een basiliek, met drie schepen en zijkapellen. Het middenschip, de kloostergang en de kapel van de Mare de Déu de la Cinta zijn enkele van de plaatsen die een bezoek waard zijn.

De twee retabels gelegen aan de apsis kunnen evenmin onopgemerkt blijven. In het presbyterium vinden we het romaanse retabel van de Mare de Déu de l’Estrella dat gebouwd is met goudkleurig en gepolychromeerd hout. Het andere bevindt zich in de centrale kapel en is het retabel van de Transfiguratie, werk van de tweede helft van de 15de eeuw dat toegeschreven wordt aan het beroemde atelier van Jaume Huguet.

De gotische kloostergang heeft een trapeziumvormig grondplan met galerijen die gevormd worden door spitsbogen. De schepen bevatten een belangrijke verzameling grafstenen. Men vindt er tevens de toegang tot de voormalige eetzaal van de kanunniken (thans ingericht als tentoonstellingszaal) en één van de hoofdingangen tot de kathedraal.

De kapel van de Mare de Déu de la Cinta ligt aan één van de uiteinden van het middenschip Ze werd gebouwd tussen 1672 en 1725 en is belangrijk vanwege het retabel met de afbeelding van de Mare de Déu de la Cinta. Dankzij de indrukwekkende muurschilderingen en de bekleding van goudbruin marmer (gehaald uit de zogeheten steengroeve van la Mare de Deú de la Cinta, gelegen aan de rand van de stad) is ze een duidelijk voorbeeld van barokke architectuur

Een groot deel van de schat van de Kathedraal ging verloren tijdens de Spaanse burgeroorlog. Desondanks bewaart men een groot aantal codices, het middeleeuwse tapijt van het Laatste Avondmaal, een Arabische kistje van hout en ivoor en het zilverwerk van het hoogaltaar.