De kathedraal dateert in feite uit de tweede helft van het jaar 1000, en is gebouwd op de oude overblijfselen van Messapische, Romeinse en vroegchristelijke dorpen. De kathedraal heeft ook veel aanvallen te verduren gehad, en is verschillende keren verwoest en herbouwd. Eén episode is zeker de Turkse invasie van 1480, waarbij een van de treurigste bladzijden voor de stad werd geschreven: binnen de kathedraal werden namelijk de gelovigen en leden van de geestelijkheid die binnen deze muren hun toevlucht zochten om aan de aanval te ontkomen, afgeslacht. De christelijke plek werd bedrogen en veranderd in een moskee, en de artistieke schatten die erin zaten werden vernietigd, totdat de kerk en de hele stad werden bevrijd door de Aragonezen.Om deze redenen heeft de kathedraal een originele stijl: de voorgevel heeft een zadeldak, met een groot centraal roosvenster, verrijkt met dunne gotische tracering, doorkruist door 16 convergerende stralen; er zijn twee portalen, een grote in barokstijl, begeleid door twee zuilen die de architraaf ondersteunen, en een lagere die later is toegevoegd en zich aan de linkerkant bevindt. Dit zijn elementen in opdracht van de verschillende aartsbisschoppen die elkaar in de loop der jaren hebben opgevolgd aan het roer van het bisdom Otranto.Het bouwwerk heeft een basiliekplattegrond en het interieur is een architectonisch en artistiek spektakel. De klassieke indeling in drie beuken valt onmiddellijk op, begrensd door rijen van vijf Korinthische zuilen die met elkaar verbonden zijn door brede dubbele lunetbogen. Het schip en het koor worden verfraaid door een prachtig houten lacunarplafond met vergulde details. De centrale zijbeuken worden verrijkt door schilderijen en zes altaren die gewijd zijn aan de sacramenten en christelijke symbolen.Aan het einde van de rechterzijbeuk bevindt zich een van de meest ontroerende herinneringen van de kathedraal: de Martelarenkapel. Dit deel van de kerk is gewijd aan de herinnering aan de historische uitroeiing van de Martelaren van Otranto, de 800 christelijke inwoners die in 1480 door de Turken werden afgeslacht omdat zij hun geloof niet wilden afzweren. Het bekijken van de tentoongestelde resten, de beenderen en de "martelaarssteen" waarop de moorden waarschijnlijk plaatsvonden, laat je absoluut ademloos achter en brengt je terug naar de pijn die godsdienstoorlogen ook nu nog veroorzaken.Het echte juweel van het interieur van de kathedraal is het vloermozaïek: een kunstwerk van absolute waarde, verbazingwekkende schoonheid en grote betekenis. Het meesterwerk, gemaakt door de monnik Pantaleone en voltooid in 1164, verbeeldt namelijk de levensboom en de passages uit het Oude Testament, die vertellen over de weg die de mens aflegt om zich van de zonde af te keren en eeuwig heil te zoeken. De "acteurs" van het mozaïek zijn dus Adam en Eva, maar ook andere personages en talrijke dieren, elk uiteraard met hun eigen symbolische lading. Het werk verfraait het schip en het koor met zijn eigen grootsheid.Veel ouder is echter de crypte, gebouwd in de 11e eeuw, die een van de architectonisch interessantste delen van het hele bouwwerk is. Het is in feite de oudste van de Apulische crypten, en het belang ervan is ook te danken aan de aanzienlijke omvang. De bijzondere vorm van de crypte, verdeeld in vijf beuken en 72 zuilen en pilaren, leidt tot de conclusie dat het een soort miniatuur is van de Mesquita in Cordova en de Blauwe Moskee in Constantinopel, een verdere bevestiging van de culturele mix waarvan Otranto altijd een protagonist is geweest. Een culturele mix, een ontmoeting van volkeren, een combinatie van verschillende artistieke stijlen, waarvan in de ondergrondse kapel een ander belangrijk element getuigt: de ongelooflijke diversiteit en heterogeniteit van de 42 zuilen waarop zij is gebouwd. Deze hebben namelijk elk hun eigen kwaliteit en herkomst van marmer en graniet, en verschillende kapitelen in Ionische, Corinthische, Byzantijnse en Islamitische stijl. Bovendien is de crypte toegankelijk via twee trappen in de kathedraal.