La Cathédrale, située dans la partie la plus haute du tertre, est l'édifice le plus emblématique de la ville. D'autre part, elle renferme l'ensemble artistique médiéval le plus riche de Tarragone. Sa construction fut entreprise vers la moitié du XIIe siècle et termina en 1331. Par conséquent, cet édifice est un très bon exemple d'architecture de transition du roman vers le gothique. Il s'agit d'un temple à plan basilical pourvu de trois nefs et d'un transept. Il convient de citer la façade principale (XIVe siècle), dotée d'une immense rosace. Au milieu du grand portail, se trouve une magnifique image de la Vierge avec l'Enfant, et à la même hauteur apparaissent les figures des prophètes et des apôtres. Le clocher est à base romane bien que le reste soit de style gothique. Le corps supérieur, octogonal et pourvu de grandes fenêtres, abrite les quinze cloches, dont certaines datent du début du XIVe siècle. L'autel majeur présente un magnifique parement datant du début du XIIIe siècle où sont représentées des scènes de la vie et du martyr de Sainte Thècle. Il convient de souligner le splendide retable majeur, entrepris en 1429 par le sculpteur Pere Johan. Dans un arcosolium ouvert dans le mur latéral droit du presbytère, se trouve la tombe de l'archevêque Joan d'Aragó, fils de Jaume II. Il s'agit d'un sarcophage où est mise en évidence une figure assise, relevant d'un réalisme et d'une perfection considérables. Les murs délimitant le chur de l'édifice datent du XIVe siècle et présentent des peintures murales, tandis que les stalles de bois datent de l'époque de Pere de Urrea (1445-1489). Parmi les chapelles gothiques, il convient de souligner celle des Sastres, datant de la moitié du XIVe siècle, et qui peut être considérée comme le meilleur exemple d'architecture gothique en raison de son ornementation architectonique et sculpturale, ainsi que celle du baptistère, anciennement dédiée à Sainte Ursule et les onze mille vierges, édifiée sous l'archevêque Arnau Sescomes (1335-1346) et pourvue d'une voûte étoilée et d'une abondante ornementation. Au fond de l'aile méridionale du transept, se trouvent trois chapelles qui sont l'uvre du chanoine Barceló et qui datent du XVe siècle. Citons également les chapelles de Saint Michel et de la Présentation dans la nef latérale droite, ainsi que celles des Cardona dans la nef latérale gauche, toutes de style gothique.

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