早在16世纪西班牙国王卡洛斯一世(Carlos I)统治时期,就开始计划建造马德里的第一座大教堂。在随后提出的众多方案中,最终选中了建筑师弗朗西斯科德古巴斯(Francisco de Cubas)来完成这一工程。他的设计采用了哥特式风格,但吸收了当时浪漫主义的特点。
1883年开始动工修建教堂,但是并未竣工。 修建过程中一直争论不断,不仅仅因为它的设计融合了多种风格,而且还也多次修改设计方案。
大教堂的修建前后持续了100多年,历任六位不同的建筑师。 建成之后的教堂与弗朗西斯科德古巴斯(Francisco de Cubas)侯爵最初的设计已经大相径庭了。
1955年,教堂的内庭回廊修建完成。五年之后,教堂的正立面也相继竣工。 但直到1993年,才在教皇保罗二世(Papa Juan Pablo II)的主持下举行了开幕仪式。

早在16世纪菲利佩(Felipe II)国王时期就打算在马德里修建一座大教堂。(一份1567年的报告说到,“为了马德里及其领土的普遍利益,非常需要在这里修建一座大教堂, 成为主教辖区的中心。”)
然而,当时国王正全身心地投入埃斯科里亚尔修道院(El Escorial)的修建,所以大教堂的建造毫无动静。
还有一个影响重大的原因是,马德里当时并没有设立主教。事实上,马德里属于托雷多(Toledo)教区管辖, 托雷多大主教一直极力反对将马德里从托雷多教区中分离出去。
随后18世纪时,在王室的支持下,提出了一些修建计划,其中也包括萨切蒂(Sachetti)和贝图拉罗德利盖斯(Ventura Rodriguez)的设计。 但是直到1883年4月4日,才由阿方索十二世(Alfonso XII)国王为未来的马德里大教堂 (当时仅仅是在1868年被摧毁的圣玛利亚教堂(Santa Maria)的旧址上修建的一座教区礼拜堂)开工。 教堂所使用的土地是在梅塞德斯(Mercedes)王后的斡旋下, 1879年从王室财产中划出来的,位于皇宫对面的兵器广场(Plaza de Armeria)旁边,教堂献给阿尔穆德纳圣女(Virgen de Almudena)。
教皇León XIII颁布圣谕成立了马德里-阿尔卡拉教区,从而最终认可了马德里大教堂的修改方案。(在大教堂修建期间,皇家学院原有的耶稣会圣伊西德罗(San Isidro)教堂临时成为新教区的大教堂。
负责修建教堂的弗朗西斯哥古巴斯(Francisco Cubas)侯爵对最初设计做了修改,从原先的教区教堂变成一座庄严的新哥特式大教堂。 修建工作从教堂的墓室开始,经由贝加山的斜坡(Cuesta de la Vega)可抵达新罗马式风格的墓室。 直到1911年恩里克马利亚列普耶斯(Enrique Maria Repullés)修建完成后,墓室才向宗教活动开放。
刚竖起教堂最初的几根石柱后,所有的修建就停工了。 直到1950年,费尔南多初埃卡哥伊迪亚(Fernando Chueca Goitia)和卡洛斯西德罗(Carlos Sidro)在为完成教堂修建而举行的竞赛中胜出, 工程才得以继续。
于是教堂的建筑风格发生了变化, 虽然内部仍旧保持了最初设计的哥特式风格,但外部却采用了现在所看到的新古典主义风格。 这样,大教堂就和同样是新古典主义风格的皇宫融为一体。
1965年,因为缺少资金和市政厅的支持,修建工作陷入停顿。大约过了20年,直到1984年,成立了一家慈善机构,从公立和私立机构募集了资金,才最后完成了全部修建工程。1993年6月15日教皇胡安保罗二世(Juan Pablo II)主持了大教堂的奉献礼,取代了自1885年就担任马德里教区大教堂职责的圣伊西德罗San Isidro教堂,而正式成为马德里教区的大教堂。

阿尔穆德纳大教堂长102米,高72米,融汇了多种风格: 外部的新古典主义、内部的新哥特主义以及墓室的新浪漫主义。
教堂的正立面上建有两座塔楼,正对马德里皇宫对面的兵器广场(plaza
de la Armería)。教堂袖廊上的双穹顶,内外都是拱形,八角形的圆柱形墙壁上开了四扇大玻璃窗。
与其它东西朝向的教堂不同,阿尔穆德纳教堂呈南北朝向,
主要是考虑把它当作马德里皇宫整体的一部分。 教堂采用了Novelda
(阿利坎特)的石料和Colmenar Viejo (马德里)的花岗石。

新卡特库梅纳(los Neocatecumenales)流派创始人Kiko Argüello绘制了大教堂穹顶的壁画“corona mistérica”, 壁画描绘了基督一生中最重要的时刻。作品的中间,描绘着Pantocrator基督或是基督的二次到来,他的右手中握着圣经。 旁边画着耶稣受难、耶稣复活、圣灵降临、耶路撒冷的胜利之门或是玛丽亚过世等情景。 画作的底色为金色,采用了古典主义的圣像样式。
壁画之上安装了七扇玻璃窗,献给上帝之音, 窗上用拉丁文、希腊文、希伯来文、叙利亚文和西班牙文写着“单词”这个字。
在第七扇即当中的玻璃窗上刻着大教堂的守护神“María”的名字。
壁画受到拜占庭风格的影响,但玻璃窗确是不折不扣的抽象风格。