Sa construction commença en 1273 et ne fut terminée qu'en 1888 par le rattachement du clocher d'origine romane à la nef.
 La construction commença par le chœur caractéristique du gothique rayonnant du
XIIIe siècle qui fut rattaché à la nef romane. Les travaux s'interrompirent une première fois en 1327 faute d'argent.

En 1378, la chapelle Saint-Martial et une partie du transept nord furent élevés, le clocher roman fut renforcé par une imposante maçonnerie ; quelques années plus tard, c'est au tour du transept sud. Après la guerre de Cent Ans, les deux premières travées de la nef sont édifiées entre 1458 et 1499. Entre 1516 et 1541, Philippe de Montmorency et Charles Villiers de L'Isle-Adam firent construire le portail Saint-Jean, chef-d'œuvre limousin du gothique flamboyant, afin d'inclure la chapelle Saint Martial dans l'enceinte de la cathédrale. Jean de Langeac, en 1533, commanda un jubé pour fermer le chœur, et entreprit la construction des quatre dernières travées de la nef. Mais de nouveau, la construction s'arrêta avec la mort de l'évêque et les trois travées de la nef et le narthex reliant l'église au clocher de la cathédrale romane ne furent élevées qu'à la fin du XIXe siècle