El conjunto formado por la Catedral y el Castillo ocupan el punto más elevado de Dalt Vila y de toda la ciudad, elegido como lugar de culto por distintas civilizaciones a lo largo de los siglos. En este enclave se erigió la antigua mezquita árabe, sustituta de un templo romano, y éste, a su vez, pudo ser levantado sobre construcciones fenicias y púnicas.
La parroquia de Santa María fue creada un mes después de la conquista catalana de 1235. El ábside y la torre del campanario, de estilo gótico, son del siglo XIV. La Catedral, sin embargo, presenta una mezcla de estilos fruto de las continuas reformas. En 1538 se le añadió la capilla honda y en 1592 la sacristía, cubierta por bóveda de crucería. La construcción de las murallas afectó gravemente a su estructura, aunque las reparaciones no se iniciaron hasta 1712 y supusieron las sustitución de múltiples elementos góticos por otros barrocos.
En 1782, al declararse Ibiza sede episcopal, pasa a convertirse en Catedral. Hasta entonces, las parroquias de la isla se hallaban adscritas a la diócesis de Tarragona. Con la llegada del primer obispo, Manuel Abad y Lasierra, se amplían las dimensiones del presbiterio y se reubica el coro, que pasa del centro de la nave a situarse tras el altar mayor. En el siglo XX, el ábside fue remodelado y se recuperaron los ventanales góticos.
El exterior destaca por su sobriedad y la robustez de sus contrafuertes. Una talla de Santa Tecla corona la portada. El interior es más barroco, con capillas a los lados y en el ábside. Cuenta con importantes obras de arte, muchas de las cuales se exponen en el Museo Diocesano, al que se accede desde el mismo templo.