La cattedrale, edificata sui resti di un villaggio messapico, di una domus romana e di un tempio paleocristiano, fu fondata nel 1068 dal vescovo normanno Guglielmo. È una sintesi di diversi stili architettonici comprendendo elementi bizantini, paleocristiani e romanici. Fu consacrata il 1º agosto 1088 durante il papato di Urbano II dal legato pontificio Roffredo, arcivescovo di Benevento.
Nell’agosto 1480, la cattedrale fu teatro di una terribile carneficina; i Turchi espugnarono la città dopo alcuni giorni d’assedio ed entrarono nella chiesa sterminando il clero e i civili che vi si erano rifugiati. Venne trasformata in moschea e furono distrutti tutti gli affreschi risalenti al XIII secolo. Nel 1481, dopo la liberazione di Otranto ad opera delle truppe di Alfonso II di Aragona, fu fortemente rimaneggiata.