L a Catedral Nueva se comenzó a construir en en 1513, adosada a la Catedral Vieja, y siendo finalizada en 1733. El hecho de que se construyerá junto a la Catedral Vieja, se debe a que en un principio se pensaba derruir la Catedral Vieja, pero se decidió no demolerla mientras se levanta ba la Nueva para que pudiera mantenerse abierta al culto hasta que se finalizara, aunque finalmente se decidió mantenerla. Es, junto a la de Segovia, la última construida en estílo gótico, aunque posee otros estilos como el barroco.

Debido al tiempo que se empleó para construirla, fueron muchos los arquitectos encargados de dirigir la obra a lo largo de los dos siglos y medio que se tardó en finalizar. Entre ellos cabe destacar a: Juan y Rodrigo Gil de Hontañón, Juan de Álava, Juan Setién Güemes, Pantaleón Pontón, los hermanos Churriguera,... o Juan de Sagarbinaga.

Se trata de una planta rectangular con tres naves, más otras dos de capillas hornacinas entre contrafuertes. Unas bóvedas estrelladas adornan lo alto de la catedral. En un principio la cabec era iba a terminar en girola y absides poligonales, aunque finalmente se cambiaría el proyecto a una forma rectangular que reafirma la planta de salón. El crucero, de unos 80 metros de altura, queda coronado por una impresionante cúpula de estilo barroco, cuyo cimborrio está formado por un cuerpo ochavado sobre pechinas que rematan en una linterna. Este trabajo fue finalizado por Juan Sagarbinaga en 1765 y en el interior hay relieves de ocho escenas de la Virgen.

Después del terremoto de Lisboa de 1755 se hubo de rehacer la cúpula, muy similar a la de la catedral de Segovia, pues sufrió una gran inclinación a causa de los movimientos sísmicos, e incluso varios arquitectos recomendaron su demolición, aunque finalmente se decidió mantenerla, y tensarla con 8 cadenas y forrarla con piedra en forma de talud.

La Iglesia tiene 90 vidrieras procedentes de flandes, y en sus muros se pueden también distinguir dos galerías corridas, en dos alturas, 90 medallones de bustos de varios profetas, evangelistas o doctores, y otros tantos escudos catedralicios con el búcaro de azucenas.

En la fachada principal cabe destacar los relieves de las escenas del Nacimiento y de la Epifanía. En lo alto de ambas se encuentra Cristo crucificado, flanqueado por las figuras de los Santos Pedro y Pablo.

En la Portada de Ramos, como su nombre indica, aparece un relieve que escenifica la entrada de Jesús en Jerusalem. La tercera puerta en importancia es la del Patio Chico, situada en el crucero sur, y está cubierta de adornos naturalistas, repisas y doseletes, para estatuas, a semejanza de su homologa del lado septentrional.

El interior de la Catradral, similar al de la Catedral de Sevilla, destacan por encima del resto el Coro Principal y la Capilla Mayor. El Coro fue construido entre 1730 y 1740 por Alberto Churriguera, y es de estilo barroco. Está formado pos dos secciones, el cuerpo alto, con 57 sillas, y el bajo con 41 sillas. En los asientos superiores se pueden ver las representaciones del Salvador, los Apóstolesy los Santos, mientras que en los inferiores se pueden observar imágenes de la Virgen y de algunas Santas.  El trascoro, con estructura de retablo columnado,está decorado con talla menuda y representa a Ntra. Sra. de Loreto en el centro, realizada a mediados del XVI, y a Santa Ana y a San Juan Bautista, obras de Juni, en los laterales. El Coro cuenta con dos órganos, obras de Luis Damián en 1568 y de Pedro de Echevarría en 1745, este último de estilo barroco.

La Capilla Mayor es de planta rectangular, y está cubierta por una bóveda policromada y dorada. Está presidida por una imagen de Nuestra Señora de la Asunción, a quien es dedicada la Catedral, del siglo XVII. Es obra del artista español Esteban de Rueda y los ángeles que la acompañan son obra de Francisco Sánchez. A los lados del altar, en dos urnas de plata, se guardan las reliquias de Santo Tomás de Villanueva y de San Juan de Sahagún, patrono de la ciudad.

La Capilla carece de retablo, al desmontarse en 1743 el realizado por Alberto Churriguera. Se proyectó sustituirlo por un tabernáculo en mármol, proyecto encargado a Ventura Rodríguez que iría situado en el crucero bajo la cúpula. El proyecto no se realizó debido al elevado coste. En el Museo Catedralicio se conserva la maqueta del mismo.

Otras dieciocho capillas circundan la Catedral Nueva, enriqueciendo y dando mayor esplendor al conjunto catedralicio en las más diversas artes. El resto de capillas son: la Capilla de San Lorenzo, la Capilla Dorada, la Capilla del Presidente, la Capilla de la Virgen de Morales, la Capilla de la Virgen del Desagravio, la Capilla de Jesús Nazareno, la Capilla de San Nicolás de Bari, la Capilla de San José y de la Piedad, la Capilla del Cristo de las Batallas, la Capilla de la Soledad, la Capilla de la Virgen del Pilar, la Capilla de la Virgen de Lourdes, la Capilla de la Virgen de la Cabeza, la Capilla de San Antonio, la Capilla de Nuestra Señora de la Verdad, la Capilla de Santiago y Santa Teresa, la Capilla de Diego de Neyla, la Capilla de San Clemente.

Entre ellas cabre destacar la de Nuestra Señora de la Soledad, que tiene una imagen de la Soledad obra de M. Benlliure en 1935, la capilla del Carmen o del Cristo de las Batallas, que tiene un crucifijo románico que aparece situado en un retablo barroco del siglo XI de Alberto Churriguera, la Capilla de San José, con la imagen del santo aparece en el retablo, la Capilla de la Piedad o del Santísimo, con una imagen de la Piedad que Salvador Carmona realizó en 1762, la Capilla de San Nicolás de Bari, con una escultura del taller de José de Larra que representa al Santo, la Capilla del Nazareno, que tiene un retablo del siglo XVIII que contiene una pintura con las imágenes del Nazareno y la Verónica y la otra con la de la Magdalena, La capilla del Desagravio, llamada así porque el cuadro de la Inmaculada, que primero estaba colocado en el portal de una casa de la ciudad y que ahora vemos en el retablo, fue apuñalado en el año 1664 y para desagraviar a la Virgen el Cabildo trasladó el cuadro a la catedral y le dedicó esta capilla, y la capilla del Presidente, fundada en 1577 por Don Gregorio Fernández de Liébana, presidente de la Chancillería de Valladolid, y que tiene un retablo de El Entierro de Cristo y una la pintura de La Aparición de Cristo a su Madre atribuida a Fernández Navarrete.

Una anécdota que pertenece a la tradición salmantina se repite todos los años: el día 31 de octubre, Ángel Rufino, El Mariquelo (sobrenombre de la familia que, antiguamente, estaba encargada de tocar las campanas) sube a la torre de la Catedral en conmemoración del final del terremoto que se produjo en Lisboa en el año 1755 y que también se dejó sentir en Salamanca. El Mariquelo sube a la torre para dar gracias desde lo alto de la bola ya que, entonces, los habitantes de la ciudad se refugiaron en la Catedral cuando empezaron a sentir los temblores. Desde entonces, centenares de salmantinos se congregan en la vecina Plaza de Anaya para contemplar esta hazaña del Mariquelo, que ya forma parte de la tradición y el folclore charro.