La cattedrale duecentesca era orientata in modo diametralmente opposto rispetto a quello attuale, risultato del ribaltamento dell’asse avvenuto nel XV secolo. Ancora oggi si conservano diverse testimonianze del periodo federiciano, tra cui il matroneo, ovvero un corridoio percorribile che si estende sopra la navate laterali, e gli archi, in origine aperti, che si affacciano su piazza Duomo. Nel XIV secolo l’edificio fu restaurato dopo un sisma, i lavori furono affidati a Consiglio da Bitonto, come attesta l'epigrafe incisa sul portale laterale, detto Porta Angioina o delle Spezie. Roberto I d'Angiò, il cui stemma campeggia nella lunetta del portale, confermò il privilegio concesso da Federico II di cattedrale "palatina", cioè non sottoposta all’autorità dell’arcivescovo di Bari ma solo all'autorità regia. Nel corso del XV secolo fu invertito l’orientamento della chiesa per ottenere un coro più profondo. La risistemazione del presbiterio comportò la costruzione del nuovo coro ligneo e la realizzazione della monumentale pala d’altare raffigurante l’Assunzione della Vergine, dipinta nel 1546 da Leonardo da Pistoia. La facciata attuale insiste sul preesistente muro absidale della cattedrale federiciana: qui si aprono il portale riccamente ornato e il rosone. Il prospetto è fiancheggiato da due torri campanarie gemelle, costruite in stile barocco. Nel corso del XIX secolo l’arciprete Giandomenico Falconi commissionò la decorazione neogotica che riveste l’interno.