Nach der Rückeroberung der Stadt Faro von den Mauren wurde die gotische Kathedrale 1249 an dem Platz gebaut, an dem sich früher ein römischer Tempel und eine Moschee befanden.
Trotz eines Umbaus sind wichtige Elemente der ursprünglichen Konstruktion erhalten geblieben, so z. B. der Turm an der Vorderseite der Kirche und das große, spitz zulaufende Portal, durch das man die Kirche betritt. Auch die beiden Seitenkapellen des mit Kreuzgewölben überdeckten Kreuzganges sind in gotischem Stil gehalten, stammen aber aus dem 15. Jh.
Im Jahr 1577, als der Bischofssitz von Silves nach Faro wechselte, wurde die Kirche zur Kathedrale erhoben. Im Jahr 1596 wurde sie von Freibeutern, die unter dem Kommando des Grafen von Essex standen, geplündert und in Brand gesteckt. Hierbei wurde die Kirche so schwer beschädigt, dass sie wieder neu aufgebaut werden musste. Wichtigste Hinterlassenschaft dieser Arbeiten sind die Säulen in dorischer Ordnung, auf denen die Rundbögen, die die drei Kirchenschiffe trennen, aufliegen.
In den Jahren nach der wiedererlangten Unabhängigkeit Portugals von Spanien wurde ein neuer Altarraum gebaut. Dieser wird von einem geraden Tonnengewölbe überspannt und beherbergt einen Altar mit manieristischem Aufsatz, der als die beste Holzschnitzerei des 17. Jh. an der Algarve gilt.
IM 18. Jh. wurden einige der Seitenkapellen mit Altären aus vergoldetem Schnitzwerk im Barockstil versehen, wobei besonders auf die Capela de Nossa Senhora dos Prazeres und die Capela do Santo Lenho hinzuweisen ist.
Auch die Azulejos vom Ende des 17. Jh., die die Capela de Nossa Senhora do Rosário (entworfen von Gabriel del Barco) schmücken, die Heiligenfiguren auf den Altären (mehrheitlich aus dem 17. und 18. Jh.), das mittelalterliche Grab des Ordensritters Rui Valente und die barocke Orgel neben dem Hochchor sind erwähnenswert. Letztere ist mit orientalischen Motiven verziert, eine als Chinoiserie bezeichnete Zierform des 18. Jh.
In der Kathedrale von Faro befindet sich außerdem das Museum Catedralicio, das eine bedeutende Sammlung liturgischer Gewänder und religiöser Schmuckgegenständen der Bischöfen der Algarve zeigt.
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