La Catedral de Segorbe constituye el edificio más emblemático de la diócesis. Edificada adosada a la muralla medieval y unida a través de un arco al palacio episcopal, la fachada principal del siglo XVII se erige a los pies del templo, con primer cuerpo de columnas toscanas pareadas y remate de frontón partido y ático. Junto a ésta se alza el campanario, construido en piedra sillar entre los siglos XIV y XVI, de planta trapezoidal y tres alturas, con cuerpo de campanas en el último tramo y templete en la terraza para la campana de las horas.

El interior del templo catedralicio corresponde a la renovación neoclásica realizada siguiendo los planos del arquitecto académico Vicente Gascó entre 1791 y 1795, que vino a sustituir la anterior fábrica gótica de finales del siglo XIV. Es un edificio de una sola nave de grandes proporciones, cabecera semicircular y capillas entre contrafuertes, presentando una ordenación de pilastras compuestas pareadas y bóveda de cañón, con coro a los pies abierto por reja del siglo XV y sillería en madera tallada debida a Nicolás Camarón (1725-1726), perdida en gran parte en 1936. El templo contiene decoración pictórica mural debida a José Vergara, en los medallones de la nave central, y de Luis Antonio Planes y Manuel Camarón en el cascarón del presbiterio.

El Claustro

De planta trapezoidal por su forzada ubicación entre muralla y Catedral, conserva siete de las capillas originales cerradas por rejas de forja de los siglos XV y XVI. Abierta al huerto central por arcos apuntados y galería superior, dispone las pandas o corredores inferiores en tramos de crucería gótica y soportes labrados. Destacan en su recinto la capilla del Salvador, abierta al claustro por una hermosa portada gótica con puerta barroca procedente de la vecina Cartuja de Valldecrist. Una gran empresa constructiva alzada junto a un torreón de la muralla y consagrada en 1401 bajo la protección del obispo Íñigo de Vallterra, cubierta con una impresionante crucería gótica de terceletes pareja a la que debió de poseer la cabecera del antiguo templo catedralicio, apeada en ménsulas historiadas.

La Sala Capitular, comenzada en 1417, de planta cuadrada y bóveda nervada alzada sobre trompas, cuenta con un interesante solado de azulejería valenciana del siglo XV.