Suunnitelmat katedraalin rakentamisesta alkoivat jo 1500-luvulla, mutta varsinaiset rakennustyöt käynnistyivät vasta kuningasAlfonso XII:n käskystä vuonna 1883. Töitä hidastivat muun muassa rahan puute jasisällissota, ja ne kestivät lopulta yli sata vuotta. Arkkitehti Francisco de Cubas suunnitteli katedraalin alun perinuusgoottilaiseen tyyliinReimsin katedraalin innoittamana, mutta vuonna 1944 pidetyn suunnittelukilpailun voittaneilla Fernando Chuecalla ja Carlos Sidrolla oli muita ideoita. Uuden projektin tavoitteena oli, että rakennus sointuisi hyvin yhteen vieressä sijaitsevankuninkaallisen palatsin kanssa. Lopputuloksena katedraali edustaa uusgoottilaisuutta sisältä jauusklassismia ulkoa. PaaviJohannes Paavali II vihki katedraalin käyttöön 15. kesäkuuta 1993.[2]
Katedraali on omistettu Almudenan neitsyelle (Virgen de la Almudena), Madridin suojeluspyhimykselle. Tarinan mukaan apostoliJaakob rakennutti ensimmäisellä vuosisadalla Espanjaan pienen eremitaašin, jonne sijoittiNeitsyt Marian kuvan.Maurilaisvallan aikana kuva kätkettiin läheisen linnoituksen torniin.Niemimaan uudelleenvaltauksen jälkeen kuva löydettiin osan muurista romahdettua. Nimi Almudena tulee sanastaalmudayna, joka onarabiaa ja tarkoittaa linnoitusta. Nykyinen katedraali sijaitsee paikalla, jolta kuva löydettiin.[2]
22. toukokuuta 2004 katedraali toimi näyttämönä pääkaupungin juhliessa kuninkaallisia häitä ensimmäistä kertaa lähes sataan vuoteen, kun kuningasJuan Carlosin poikaAsturian ruhtinasFelipe vei vihilleLetizia Ortizin.[3]