Los arbotantes del ábside anuncian desde las calles Santa Teresa de Jesús o Jorge Manrique la presencia del gracioso templo, no sin razón llamado “La Bella Desconocida” por la calidad y contenido de tesoros que guardan sus muros, desde el arte Visigodo hasta el Renacimiento. Recientemente, sin embargo, debido al renacido valor que en justicia se le viene atribuyendo en los últimos tiempos, aquella denominación se ha modificado por la de “La Bella Reconocida”.

San Antolín fue un santo sirio del siglo IV. La extensión de su culto en Hispania parece posterior al siglo VII. Según la tradición, sus reliquias habrían sido traídas a Palencia por Wamba (672-683), tras sofocar el levantamiento de los nobles de Narbona contra la monarquía toledana (ca. 672). Habrían quedado olvidadas tras la invasión musulmana y redescubiertas por el rey navarro Sancho III en un episodio legendario y milagroso que recoge el obispo Jiménez de Rada en su De Rebus Hispaniae (año 1240), y que remite a la actual cripta de San Antolín en torno a la que se construyó la catedral palentina.

Del templo románico de tres naves y cubierta de madera, consagrado en 1219 por el obispo Tello Téllez, quedan algunos vestigios, columnas y maderas policromadas. La nueva catedral comienza su construcción en el siglo XIV y se prolonga durante dos siglos.

Exteriormente, su austera torre de 30m. de altura caracteriza la imagen del templo, que carece de fachada principal. La planta de tres naves, trazada según el modelo de la de Burgos, genera un interior que sorprende por su esbeltez, los detalles y la altura de su nave central. Es también la catedral de mayor longitud de España.

Bajo el coro, en el acceso a la Cripta, destaca el trabajo plateresco de los bajorrelieves, con escenas del Rey Sancho y del Martirio de Santo Toribio. La cripta es un antiguo templo de dos naves: la primitiva visigoda del siglo VII y la segunda románica del siglo XI; una gran sala de bóveda de cañón con influencia prerrománicas.

El trascoro, de suntuoso plateresco, es trabajo de Juan de Ruesga. Construido por el obispo Fonseca, su escudo aparece bajo el arco trilobulado de los Reyes Católicos. Los laterales del coro son obra de Diego de Siloé. El Altar del Salvador rodeado de los cuatro evangelistas es trabajo de Felipe de Vigarny y el Altar del Cristo de las Batallas está firmado por Pedro Guadalupe. La capilla del Sagrario, obra de Sancho de Rojas con reja del XVI de Gaspar Rodríguez, presenta forma heptagonal y se cubre con ricas nervaduras.

La Capilla Mayor, con retablo de Pedro Guadalupe y Pedro Manso, muestra esculturas de Felipe Vigarny y un San Antolín de Gregorio Fernández. Fue declarada Monumento Nacional en 1929.

El museo catedralicio sorprende también con algunos de sus magníficos tesoros artísticos. Uno de ellos es El Martirio de San Sebastián, obra de El Greco pintura al óleo sobre lienzo realizada hacia1577-1578, y tamaño de 191 x 152 cm.