También por orden de D. João III, Miranda do Douro vería nacer su inmensa catedral, a partir de un proyecto delineado en los talleres de la capital, alterado y completado, algunos años más tarde, por el arquitecto Miguel de Arrruda, con la ayuda de los Mestres españoles Francisco Velásquez y Pedro de La Faia. Para erguirse la sede mirandesa, habrá sido destruida la antigua iglesia de Santa Maria, templo gótico del reinado de D. Dinis.

Demolido ese templo trecentista, las obras de la sede manierista empezaran en 1552, siendo consagrada la sede en 1566. Hasta 1780, la catedral fue el centro aglutinador de la vida social, religiosa y cultural de Miranda do Douro.

En ese periodo, el papa decidió por la reunificación del obispado de esta ciudad fronteriza con Bragança, quedándose esta como centro del obispado nordestino.

Haciendo frontera con un amplio adro se irgue la imponente y solida fachada catedralicia, enmarcada por altas y poderosas torres de campana rectangulares, cubiertas por pequeñas cúpulas con un bello tragaluz.

La parte central de la fachada está rematada superiormente por balaustrada e esbelta cruz barroca de hierro forjado, fuertemente marcada por el austero e monumental portal noble manierista, desarrollándose en forma de retablo de dos pisos y rematado por cruz latina. El portal es ritmado en los dos pisos por pares de esbeltas columnas, ladeando el arco de vuelta de la puerta y la gran ventana axial superior.

La sillería de los dos pisos de la fachada es rasgada por ocho sobrias ventanas, componiendo parte del sistema de iluminación del interior del templo.

En la parte anterior de la catedral se sitúa un jardín, donde se encuentran los restos del monumental claustro granítico quinientista, seriamente dañado por un incendio que ocurrió al comienzo del siglo XVIII. Son todavía visibles las galerías del piso térreo, con sus arcos rebajados, asientes en pilares rectangulares. El interior del templo presenta cuerpo de tres naves, dividido en cinco tramos y transepto muy desarrollado, ambas áreas cubiertas por bóvedas de cañón decoradas con nervaduras y reforzadas por arcos torales sostenidos por pilares de orden toscano.

El cuerpo de la iglesia comprende un conjunto de 12 altares y retablos en talla dorada, obras que representan desde el estático manierismo quinientista, pasando por el austero barroco nacional, hasta el movido y túrgido barroco joanino del siglo XVIII, enriquecidos por bonitos ejemplares de pintura y escultura de los siglos XVI-XVIII. La capela-mor tiene un bellísimo retablo de talla dorada manierista, ya con ribetes del protobarroco seiscentista.

Acabado en 1614, su autoría se debe al maestro español Gregório Fernandez. Dispuesto en dos pisos y dividido por columnas, en el se pueden observar varias estatuas de santos y relevos referentes à la vida de Cristo y la Virgen Maria. Se destaca un soberbio Calvario, conjunto escultórico de gran tensión dramática. Resale aún en este magnífico ambiente de talla dorada el exuberante órgano barroco del siglo XVIII y la sillería manierista de Quinientos compuesta por respaldo con arquerías y pinturas, columnas corintias al lado, rematada por dosel y friso de líneas barrocas ondeantes.