Los primeros planes para construir una gran catedral en Madrid se remontan al siglo XVI, en tiempos de Carlos I. Posteriormente, se plantearon varios proyectos en este sentido, siendo finalmente elegido el arquitecto Francisco de Cubas para realizar la obra. Para ello, retomó el estilo gótico adaptándolo a la estética romántica de la época.
Iniciados los aún inconclusos trabajos de construcción en 1883, la polémica ha acompañado siempre a esta gran obra, debido principalmente a la mezcla de estilos que presenta fruto de las diversas modificaciones en sus proyectos.
El resultado final y después de que la edificación fuera dirigida por seis arquitectos diferentes y de forma intermitente durante más de cien años, poco tiene que ver con el proyecto original del Marqués de Cubas
Su claustro se terminó de construir en 1955, y la fachada, cinco años más tarde, aunque su inauguración definitiva no se realizó hasta 1993 por el Papa Juan Pablo II.

Los deseos por construir una catedral en Madrid se remontan al siglo XVI, durante el reinado de Felipe II (según un informe de 1567 por el bien universal de la villa y su tierra, importa y tiene gran necesidad que se haga en ella una iglesia catedral y cabeza de Obispado).
Sin embargo, volcado como estaba el monarca en el proyecto del Monasterio de El Escorial, no se llevó a cabo ninguna acción.
Otra razón poderosa era la ausencia de obispado en Madrid. En efecto, la capital pertenecía a la diócesis de Toledo, cuyo arzobispo siempre se opuso a la segregación de la capital de la diócesis toledana.
Se dieron varios intentos posteriores siempre bajo patrocinio real. Entre estas tentativas destacaron los proyectos planteados durante el siglo XVIII por Sachetti y Ventura Rodríguez. Sin embargo, no fue hasta el 4 de abril de 1883 cuando el rey Alfonso XII puso la primera piedra de la futura catedral de Madrid (entonces simplemente una parroquia heredera de la de Santa María, la más antigua de Madrid, derribada en 1868) en unos terrenos que, por mediación de la reina Mercedes, devota de la Virgen de la Almudena, son cedidos por el Patrimonio Real en 1879, junto a la plaza de la Armería, enfrente del Palacio Real.
El espaldarazo definitivo al proyecto de la Catedral de Madrid sería la creación de la diócesis de Madrid-Alcalá mediante bula dada por León XIII (mientras se construyera la catedral, la antigua iglesia jesuítica del Colegio Imperial, que en aquel momento tenía la consideración de colegiata, bajo la advocación de san Isidro, pasó a ser el templo catedralicio de la nueva diócesis).
El marqués de Cubas, a cargo del proyecto, reformó su proyecto inicial como iglesia parroquial proponiendo una imponente catedral neogótica. Los trabajos comenzaron por la cripta, construida en estilo neorrománico, con acceso por la Cuesta de la Vega y que no se abrió al culto hasta 1911, una vez concluida por Enrique María Repullés.
En esa misma época se levantaron los primeros pilares pero los trabajos quedaron prácticamente abandonados hasta 1950, año en el que Fernando Chueca Goitia y Carlos Sidro ganan el concurso convocado para la terminación de las obras.
El carácter del templo cambia entonces puesto que, aunque se mantiene el estilo gótico del proyecto primitivo para el interior de la catedral, el exterior es neoclásico, siendo éste el aspecto que tiene actualmente. De esta forma, la catedral se integraría con el entorno, también neoclásico, del Palacio Real.
Las obras continuaron hasta su paralización en 1965, debido a la falta de fondos y de apoyo del ayuntamiento. Transcurrieron casi veinte años hasta que, en 1984, se creó un patronato que consiguió el apoyo de instituciones públicas y privadas para finalizar las obras. La catedral fue consagrada por el papa Juan Pablo II el 15 de junio de 1993, tomando el relevo de la colegiata de San Isidro, que había sido la catedral provisional de Madrid desde 1885.

La Catedral de la Almudena es un templo de 102 metros de longitud y 73 de altura con una mezcla de diferentes estilos: neoclásico en el exterior, neogótico en el interior y neorrománico en la cripta.
La fachada, de órdenes superpuestos entre dos torres, da a la plaza de la Armería, enfrente del Palacio Real de Madrid. Sobre el
crucero del templo se levanta una cúpula doble, exterior e interior, con tambor octogonal en el que se abren cuatro grandes ventanas.
A diferencia de otras catedrales, con una orientación este-oeste, la de la Almudena tiene una orientación norte-sur, fruto
de su concepción como parte integrante del conjunto del Palacio Real de Madrid. Está construida en piedra de Novelda (Alicante)
y granito de las canteras de Colmenar Viejo (Madrid).

El fundador de los Neocatecumenales, Kiko Argüello, recibió el encargo de pintar en el ábside de la Catedral una "corona mistérica". Se trata de los momentos más importantes de la vida de Cristo. En el centro, el Pantocrator o segunda venida de Cristo, que sostiene en su mano derecha las Sagradas Escrituras. A los lados, la crucifixión, la resurrección, pentecostés, la entrada triunfal en Jerusalén o la dormición de María. Todo sobre fondo dorado y siguiendo siempre el modelo de los iconos clásicos.
Sobre las pinturas, se instalaron siete vidrieras dedicadas a la voz de Dios, con el sustantivo "palabra" traducido en diferentes lenguas: latín, griego, hebraico, siríaco, cirílico y español.
En la séptima vidriera, la del centro, se inscribe el nombre de "María", la patrona de la Catedral.
Los frescos mantienen una influencia bizantina, mientras que las vidrieras presentan un estilo puramente abstracto.