La città di Altamura fu ripopolata dall'imperatore Federico II nella prima metà del XIII secolo. In questo stesso periodo, tra il 1232 ed il 1254, fu eretta, per volere dello stesso imperatore, la cattedrale dedicata all'Assunta, primo e più antico monumento cittadino, con la facciata rivolta originariamente verso la città di Gravina. Quasi tutte aperture hanno archi gotici a sesto acuto, senza esclusione di un influsso immediato dell'architettura arabo-normanna. Federico la edificò come cappella palatina, e dunque con privilegi di esenzione da qualsiasi giurisdizione che non fosse quella del sovrano. I successivi sovrani confermarono questi privilegi fino al 1929, quando, in seguito ai Patti Lateranensi, per la prima volta un papa di Roma poté nominare il vescovo della cattedrale. Secondo quanto tramandato da alcuni storici locali dei secoli precedenti, la Cattedrale di Altamura sarebbe stata edificata su un preesistente tempio pagano. Domenico Santoro (1688) ipotizza che possa essere stato un tempio dedicato a Castore e Polluce, dal momento che erano visibili almeno fino al Settecento, sui capitelli del coro della cattedrale, due statue di Castore e Polluce. Scavi archeologici recenti hanno confermato l'influenza della Magna Grecia nell'area della città di Altamura, in particolare tra il IV e il III secolo a.C.

 

Il sacerdote don Vitangelo Frizzale (1755), invece, riporta che il precedente tempio era un tempio di Giano bifronte, quindi una divinità prettamente romana. Questa notizia era avallata, secondo alcuni, dalla presenza di un'erma bifronte sulla cuspide dell'antica facciata della cattedrale.

 

I recenti lavori di pulizia e restauro della cattedrale hanno messo in evidenza come si tratti, invece, di una scultura in pietra della testa di un saraceno. La scultura aveva funzione apotropaica, e rievocava i timori di un'invasione saracena, divenuta nel XVI secolo una vera minaccia per l'Europa cristiana.

 

In un'iscrizione in latino in caratteri gotici sopra la cosiddetta porta angioina (in passato chiamata anche "porta delle spezierie") c'è scritto che la chiesa crollò il 29 gennaio 1316 e fu ricostruita con l'aiuto di maestranze bitontine (i figli di Mastro Consiglio da Bitonto). Il primo a leggere e a tradurre correttamente l'iscrizione in latino fu Ottavio Serena, come lui stesso afferma nella sua "Storia di Altamura" (seconda metà dell'Ottocento). Gli storici precedenti avevano tradotto male l'iscrizione (che già di per sé è rovinata e scritta in un latino un po' sgrammaticato) e creduto che l'iscrizione si riferisse a un privilegio di cui Altamura godeva per il quale ogni anno il sindaco di Bitonto veniva ad Altamura per prendere la lista dei prezzi dei vari alimenti per divulgarla all'intera provincia.

 

Nel 1485 la chiesa fu elevata al rango di insigne collegiata e ciò comportò l'aumento del numero dei sacerdoti che officiavano nella cattedrale e dunque la necessità di aumentare lo spazio della zona del presbiterio e del coro. Si discute tra studiosi e storici sulla presunta inversione dell'orientamento della chiesa attuata nel Cinquecento per conseguire una maggior profondità del coro: alcuni sostengono che l'intera facciata, con portale e rosone, fu smontata e riposizionata dov'è ora; altri invece sostengono l'impossibilità di tale operazione e dunque affermano che l'attuale prospetto conserva una fisionomia molto vicina all'originale federiciano. La realtà dei fatti, alla luce dell'ultimo restauro, è che la facciata non è stata mai spostata (a prova di ciò durante il restauro delle capriate sono stati rinvenuti gli "archetti pensili" romanici che adornavano la facciata originaria del XIII secolo), ma semplicemente quella attuale non è altro che il riadattamento del prospetto che in epoca federiciana racchiudeva i tre absidi (di cui uno oggi è visibile essendo l'alloggio del grande battistero, a sinistra del portale trecentesco). A questa operazione seguirà, più tardi negli anni, l'ampliamento del coro. Esso è visibile dall'esterno per la spiccata diversità dei conci. Quel limite oggi ben visibile per chiunque visita la basilica dal suo sagrato, è il punto preciso in cui sorgeva nel XIII secolo la prima facciata.

 

Nel XVI secolo, al campanile già esistente, se ne aggiunge uno simmetrico; in seguito vennero allungati ed ultimati con l'aggiunta di due celle campanarie nel XVIII secolo. Sempre al Settecento risale la ricca decorazione degli altari laterali e l’altare maggiore (1793). Invece è frutto del lavoro di ammodernamento realizzato tra il 1850 ed il 1860 dall'architetto Travaglini la decorazione in stile neogotico che riguarda tutta la chiesa (navata centrale e navate laterali) in bicromia alternata ai dorati e agli stucchi.

 

Durante la cosiddetta Rivoluzione di Altamura (1799), il sacerdote della cattedrale Nicola Popolizio, che prese parte attiva alla rivolta, fu torturato fino alla morte nel portico antistante alla stessa cattedrale; il canonico Celio Colonna fu sgozzato all'interno della cattedrale mentre pregava nella cappella di San Giuseppe.

 

Un'altra cappella degna di nota è quella di Santa Rosalia, che si deve all'arciprete della cattedrale Pietro Magri (1622-1688), originario di Palermo.

 

Con regio decreto n. 1746 del 21 novembre 1940, la cattedrale di Santa Maria Assunta di Altamura è riconosciuta come monumento nazionale italiano.

 

La facciata della cattedrale è caratterizzata dai due alti campanili a due ordini (in quello sinistro tre, con il primo romanico) raccordati tra loro da una loggetta balaustrata sovrastata da un timpano, visibili anche dall'esterno della stessa Altamura; dalla piccola loggia si affaccia una statua della Vergine Immacolata, mentre le statue dei Santi Pietro e Paolo si trovano ai lati sul timpano.

 

Sotto la loggetta v'è il rosone del Trecento, con una raggiera a 15 raggi ed al centro il bassorilievo raffigurante l’Agnus Dei. A sinistra del rosone vi sono tre stemmi: quello centrale apparteneva all'imperatore asburgico Carlo V. Gli altri due stemmi sono stati voluti da Pietro da Toledo e dall'arciprete Salazar, a cui si devono i lavori di ristrutturazione ed ampliamento del Cinquecento. Spostandosi ancora a sinistra vi si trova una bifora con raffinati decori di ascendenza orientale, espressioni del linguaggio del gotico federiciano. Tale bifora adornava l'antica facciata al posto del rosone, che solo in epoca gotica diventerà un elemento caratteristico delle facciate.

 

La facciata culmina con il portale del Trecento, racchiuso all'interno di un protiro sporgente sostenuto da due colonne appoggiate su due leoni (del 1533), e terminante in un timpano, al centro del quale si trovano due stemmi, quello degli Angiò di Napoli e quello dei principi di Taranto e signori di Altamura: questi permettono di datare il portale tra il 1356 ed il 1374. Il portale è un vero trionfo di decorazioni e sculture, con soggetti biblici: nella lunetta è raffigurata la Vergine in trono con Bambino e due angeli; nell'architrave è raffigurata l’Ultima cena; negli archi sono scolpite 22 scene evangeliche della vita di Gesù, dall’Annunciazione alla Pentecoste.

 

Nel 1858 (solo tre anni prima dell'Unità d'Italia), fu costruita la torre dell'orologio, su progetto dell'architetto Corradino de Judicibus.

 

La basilica è a tre navate, suddivise da colonne e pilastri, con matronei. I capitelli di stampo bizantiniano e le relative verticalizzazioni (pilastri e colonne) sono (insieme ai matronei e all'abside posto a sinistra del portale) le uniche testimonianze ancora visibili della cattedrale federiciana del XIII secolo. Il ricco soffitto ligneo è decorato con stucchi d'oro. La navata centrale termina con l'imponente altare maggiore settecentesco, iniziato dal marmorario Ghetti nel 1736 ed ultimato nel 1793. La pala d'altare è di Leonardo Castellano e raffigura la Vergine Assunta (1546). Il presbiterio è poi arricchito da uno sfarzoso coro in legno di noce datato 1543, di impronta manierista; dall'ambone in pietra, con scolpite scene della vita di Gesù; e da un pulpito ligneo anch'esso del Cinquecento. Di grande importanza sono le cappelle delle navate minori. Sono sei per ogni lato, e nello specifico la prima e la quarta della navata sinistra sono le più ampie. La prima contiene un presepe in pietra policroma del 1587, e la quarta è dedicata a San Giuseppe. Essa è in stile barocco, e contiene un altare (in marmo policromo anch'esso), sopra cui si erge la statua di San Giuseppe (patrono minore della città) che tiene per mano il Bambin Gesù, entrambi racchiusi in un baldacchino che si incastra nella parete di fondo che assume l'andamento "concavo/convesso" tipico barocco. Quattro pennacchi decorati con pregiati stucchi reggono una piccola cupola (non estroflessa all'esterno) a base ovale che si chiude con una piccola "lucerna".

 

Nella basilica è conservata inoltre una tela di Domenico Morelli raffigurante la Conversione di San Paolo (1876).