La cattedrale medievale, eretta per volere di Unfrido il Normanno, insiste in parte su una preesistente chiesa bizantina. I documenti datano il completamento dell'edificio normanno nel 1092. L'aspetto attuale in stile rinascimentale si deve ai restauri promossi nel XVI secolo. La facciata è tripartita in sezioni: quella centrale è coronata da un tetto a spiovente, quelle laterali sono delimitate da una cornice rettilinea. Al centro si apre il rosone in stile rinascimentale. L'interno è suddiviso in tre navate separate da colonne coronate da capitelli diversi tra loro. Di pregevole fattura il soffitto in legno, in stile barocco dove campeggiano gli stemmi degli Orsini, del Capitolo Cattedrale, di monsignor D'Aquino e dell'Ordine dei Domenicani. Ascrivibili al periodo barocco, il festone che pende dall'arco trionfale e l'organo riccamente coronato da fregi dorati. Degna di nota la scultura cinquecentesca in pietra policroma dell'Arcangelo Michele, patrono di Gravina, ultima opera documentata di Stefano da Putignano. Al Seicento risale il Cappellone del Santissimo Sacramento, mirabile esempio di arte barocca napoletana e romana, dove si conserva il ciborio a tempietto con inserti in madreperla e lapislazzuli, realizzato nel 1633 da Cosimo Fanzago.