A mitjan segle XI era anomenada també església de Sant Vicenç i Sant Valeri. La primitiva catedral fou erigida el 956 i consagrada l’any següent pel primer bisbe Odesind. Saquejada per ‘Abd al-Malik el 1006, fou restaurada i consagrada de nou en 1020-24. L’edificació actual fou construïda a partir del 1056 i consagrada en part pel bisbe Arnulf vers el 1065, però les obres duraren més de dos segles.
Formen el conjunt monumental l’església, el claustre i algunes dependències i capelles annexes. L’església és formada per tres naus i tres absis, amb voltes de canó seguit, sense creuer ni cimbori. La façana de migdia és precedida per un atri i una petita torre de tipus neoclàssic que cobricela una portada, del principi del segle XIII, amb cinc arquivoltes i columnes amb capitells decorats amb escenes de la infància de Crist i de la vida de sant Valeri. A l’interior hi ha una cripta de tres naus, oberta pel davant, amb la tomba del bisbe sant Ramon o Ramon Guillem, ornada amb relleus de la vida de la Mare de Déu i la infància de Crist i de sant Ramon; és obra de la segona meitat del segle XII. Els murs de la cripta són ornats de pintures romàniques del segle XIII, i les columnes que separen les naus foren decorades el 1650. El presbiteri és presidit per un gran retaule de Gabriel Juli (1533), que ha perdut les antigues escultures. L’absis de l’esquerra té una pintura romànica, obra del mestre de Taüll, que és el conjunt millor conservat. Tot i els arrebossats i les ornamentacions tardanes, l’església guarda moltes obres de valor, com el retaule gòtic de l’altar de Sant Miquel (s. XV), l’ara romànica de l’altar de l’Esperit Sant, una imatge romànica de la Mare de Déu (s. XII) i l’altar de Sant Joan Evangelista, a més de diverses pintures i retaules més tardans. El cor és de fusta tallada i d’estil renaixentista. El claustre, adossat a la banda nord de l’església, és rectangular, amb columnes i capitells ornats de temes florals i de bestiari. És obra del segle XII. En els àbacs a l’interior dels arcs hi ha esculpides multitud d’inscripcions funeràries, el necrologi de la comunitat, que formen un cas únic als Països Catalans. Una capella que dóna al claustre té pintures romàniques del segle XIII, relacionades amb les de la cripta, d’influx italobizantí, amb escenes de la vida de Crist. A l’antiga sala capitular hi ha des del 1944 el Museu Parroquial, on es conserven peces de gran valor, com la cadira dita de sant Ramon (s. XI), els bàculs de sant Ramon i l’anomenat de sant Valeri, amb escuts de llinatges, mitres romàniques, l’arqueta de les relíquies de sant Valeri, teles moresques, pintures religioses dels s. XVI al XVIII i altres objectes litúrgics.
Tot aquest tresor fou salvat per la Generalitat de Catalunya el 1937 i dipositat a Bastanist, a la Cerdanya. El 1914 l’església fou declarada monument nacional. A desgrat del trasllat del bisbat a Lleida el 1149, Roda tingué fins a mitjan segle XIX una notable comunitat canonical (bisbat de Roda).