Su nombre completo es Catedral de Nuestra Señora de la Asunción y San Frutos.

Siguiendo el estilo gótico tardío, la construcción se inició en 1525 con la colaboración no lucrativa de segovianos, bajo la dirección de los arquitectos de la familia Gil de Hontañón, pero no fue consagrada hasta 1768. Esta catedral funcionó como sustituta de la Vieja, situada frente al Alcázar, y destruida en la Guerra de las Comunidades en 1520.

En el exterior, orientada al oeste, se encuentra la fachada principal, conocida como Puerta del Perdón, donde se encuentra una escultura de la Santísima Virgen de Juan Guas. En el exterior se sitúa el Enlosado, un espacio pavimentado utilizado en la actualidad como escenario para albergar actividades culturales. La torre, uno de los elementos más destacados por su altura, ha estado habitada hasta mediados del siglo XX por el toller, y es un punto turístico privilegiado para la ciudad.

La Puerta de San Geroteo, nombrada en honor al primer obispo de la ciudad, se abre al sur. Mirando al norte, se encuentra la Puerta de San Frutos, construida en honor al patrón de la ciudad a principios del siglo XVII.

Presenta planta de tres naves con crucero cubierto con cúpula, trazada por Pedro de Brizuela en el siglo XVIII, con ábside semicircular en la cabecera y girola, rodeada de capillas.

La grandiosidad y armonía en las dimensiones define los espacios interiores, con sus bellas vidrieras del siglo XIV, el coro, que conserva la sillería gótica de la antigua catedral, los órganos barrocos del siglo XVIII, la colección de rejas o el pulpitum, que custodia las reliquias de San Frutos.

En el interior encontramos 18 capillas, decoradas con importantes pinturas y esculturas. Algunos ejemplos notables son el Calvario románico en el interior de la Capilla del Sacramento; la triple pintura de Ambrosius Benson y el retablo de La Piedad, de Juan de Juni, en la Capilla del Santo Entierro, junto a la Puerta de San Frutos; y el Cristo Yacente de Gregorio Fernández.

El Museo de la Catedral alberga notables piezas de arte de Pedro Berruguete, Sánchez Coello y Van Orley, y el Archivo Catedralicio conserva más de 500 incunables, entre ellos, el Sinodal de Aguilafuente, el primer libro impreso en España.