Gotyk (pocz. XIII w. – pocz. XVI w.) thumb|left|upright|Fasada katedry thumb|Plan XV-wiecznego zamku. Linią czerwoną wyróżniono zarys zamku po przebudowie w XVI w. W 1305 lub 1306 roku katedra spłonęła, ale nie w całości, w związku z czym w 1320 roku możliwa była koronacja Władysława Łokietka. W tym samym roku z inicjatywy króla, rozpoczęto budowę nowej, trzeciej z kolei, która w swoim głównym zrębie istnieje do dziś. W 1364 została ona konsekrowana. Jest to budowla trzynawowa z transeptem i ambitem, do której od początku budowy i przez następne wieki dostawiano kaplice. Pierwsze powstawały przy prezbiterium – w 1322 została konsekrowana kaplica św. Małgorzaty, dziś pełniąca funkcję zakrystii, a kilka lat później wzniesiono kaplicę nazwaną później kaplicą Batorego.
Oprócz tego, królowa Zofia Holszańska (ostatnia żona Władysława Jagiełły) ufundowała kaplicę przy zachodnim wejściu, nazywaną później jej imieniem, a na polecenie Kazimierza Jagiellończyka wzniesiono kaplicę Świętokrzyską. Zostały także wybudowane inne kaplice (pod koniec XV wieku było ich w sumie 19), które w wiekach późniejszych zostały mocno przebudowane.