La cathédrale Santa María de Vitoria-Gasteiz est située sur la partie la plus haute de la colline où fut fondée la Gasteiz primitive qui donna naissance à la ville, et sur un espace délimité par ses premiers remparts. Elle forma une partie des remparts médiévaux, comme en témoignent les restes retrouvés et le chemin de ronde qui parcourt l'édifice.
Elle regroupe un ensemble de bâtiments construits à des époques différentes et éloignées, en fonction des différents usages. L'église, du XIIIe siècle, présente un plan en croix latine à trois vaisseaux. Le vaisseau central a une plus grande hauteur que les deux vaisseaux latéraux et une voûte en croisée d'ogives, avec un vaste transept et un chevet. L'intérieur comporte quatre chapelles rectangulaires et un déambulatoire qui ouvre sur trois autres chapelles polygonales. Elle possède également un beau triforium et un porche du XIVe siècle qui fut polychrome au fil de son histoire avec trois portails. La tour présente un plan octogonal et son campanile remonte aux XVIe-XVIIe siècles. Elle offre à son sommet une vue panoramique unique sur la ville.
L'église Santa María est le bâtiment principal et le plus ancien de l'ensemble. La chapelle Santiago, qui s'ouvre sur la façade du bras du transept du côté de l'Épître (sud) est actuellement le lieu de culte de Santa María, avec un accès indépendant à partir de la Place Santa María. Le porche en abside qui protège le portail se trouve du côté sud et au-dessus, à un tiers vers le sud, se dresse la tour du clocher coiffé par un chapiteau, pour une hauteur de quelque soixante mètres. L'est accueille une série de bâtiments dont notamment la sacristie de style baroque tardif.
