Máximo exponente de la arquitectura religiosa carmonense, se levantó sobre el solar de la antigua mezquita mayor, de la que se conserva todavía el patio de las abluciones.

La verdadera importancia de este conjunto arquitectónico radica en el templo cristiano, concebido según los patrones formales y constructivos del gótico catedralicio sevillano.

El templo presenta planta de salón, con tres naves y capillas situadas entre los contrafuertes laterales.

La construcción se realizó en dos fases durante los siglos XV y XVI. En la primera se levantaron los tramos que van de los pies hasta el coro, usando un lenguaje y estéticas góticos; en la segunda fase desempeñó un papel importante Diego de Riaño, imprimiendo ya una estética claramente renacentista a los tramos que llegan hasta la cabecera.

Del periodo barroco se conservan la Puerta del Sol y la capilla Sacramental. A fines del siglo XIX se llevan a cabo una serie de reformas que le dan la imagen actual a la iglesia.

Las obras de la torre se iniciaron en el siglo XVI y concluyeron en el siglo XIX. El capitel y el reloj se deben a una donación de Carlota Quintanilla.

Cabe especial mención el calendario litúrgico visigótico grabado en uno de los fustes de las columnas del patio, la talla gótica de la Virgen de Gracia, patrona de la ciudad; y la bóveda estrellada del cimborrio, situado en el cuarto tramo de la nave central y además la Capilla del Cristo de Los Martirios de estilo flamenco.

El retablo mayor, realizado en 1563 por Juan Bautista Vázquez, presenta relieves alusivos a la vida de Jesús, intercalados con escenas marianas.

La sacristía mayor no solo es interesante por su arquitectura sino también por el tesoro artístico que encierra.

Entre las piezas de orfebrería, destaca la custodia procesional, realizada por Francisco Alfaro entre 1579 y 1584.

En la antesacristía hay una Inmaculada tallada por Pedro Duque Cornejo en 1724.

Desde 1997 la Prioral cuenta con una sala de exposición permanente con las piezas de orfebrería, ornamentos y pinturas de Zurbarán y Bocanegra.