Vođeni idejom kontinuiteta kultnih sakralnih građevina, prvu bi krčku katedralu trebalo tražiti na mjestu današnje katedrale. Većina crkava u gradu Krku samo su odrazi kontinuiteta crkvene gradnje koje kroz povijest mijenjaju svoj izgled pod utjecajem građevinskog trenda odgovarajuće povijesne epohe.
Kada danas promatramo krčku katedralu sv. Marije vidimo gotov produkt srednjeg vijeka, koji od njezine velike rekonstrukcije u romaničkom periodu do današnjih dana, usprkos malim nadogradnjama gotičke i renesansne faze, zadržava svoj izgled.
Prve istraživačke radove na kompleksu katedrale pokrenuo je pop Ivan Žic-Rokov koji nam donosi podatke o nalazu krstionice. Nedugo nakon, počela su i prva arheološka istraživanja koja je vodio Andrija Mohorovičić. Nalazi dokazuju postojanje prvotnog antičkog sloja predstavljenog kroz objekt termi. Terme su datirane u 1. stoljeće, a značajna promjena se, prema zaključcima Mohorovičića, dogodila krajem 4. st. kada je unutar zidova termi izgrađen mali oratorij s krstionicom. To je bio začetak preobrazbe koja će tijekom 5. stoljeća dovesti do potpune transformacije antičkih termi u ranokršćansku baziliku. Danas su od izvorne bazilike ostala tek dva kapitela. Možemo tek pretpostavljati da se, obzirom na njene gabarite, radilo o velebnoj crkvi. U ranom srednjem vijeku crkva je dobila oltarnu pregradu. To potvrđuju nalazi fragmenata predromaničke plastike koji su pronađeni u zidu katedrale. Dio tih spolija izložen je u crkvi sv. Kvirina. 
U romanici su na cjelokupnom katedralnom kompleksu izvršene značajne preinake. Natpis u katedrali spominje rekonstrukciju kolonada (columnarum opus) u XII. stoljeću od strane neimenovanog krčkog biskupa (spomenutog inicijalom D). Ova se graditeljska djelatnost čini najvjerojatnijom u vrijeme biskupa Dabra (Dobro – Bonus) oko 1179. Južna arkadura ima devet, po formi nejednakih stupova i četiri tipa kapitela. Lukova ima deset, međutim, najistočniji je zazidan radi produženja svetišta. Sjeverna arkatura također ima devet stupova s deset lukova, od kojih je istočni zazidan. Stupovi sjeverne arkature također su različiti sa četiri tipa kapitela i s dva kapitela životinjskih motiva.
Biskup Donat a Turre (1484. – 1515.) započeo je pregradnju apside, a nastavio ju je 1538. g. krčki plemić Blaž Zuttinis, te je dovršio 1539. godine. Pobočne lađe završavaju ravnim zidovima koji sijeku uzdužne zidove pod pravim kutom, a nalaze se na mjestu starijih apsidalnih konstrukcija koje su kasnije porušene, a otvor pod lukom niše zazidan je u 16. stoljeću.
Značajne promjene u pobočnim lađama bazilike nastale su gradnjom raznih kapela priključenih uz bočne zidove crkve tijekom 15. i 16. stoljeća. Na taj način mijenjao se broj i položaj oltara. Polovicom 15. stoljeća podignuta je gotička kapela sv. Barbare, a koncem 15. stoljeća kapela sa krsnim zdencem. Kapela Srca Isusova podignuta je koncem 16. stoljeća. Južnu kapelu, u kojoj se danas nalazi raspelo, prvu do vrata, dala je sagraditi žena kneza Ivana Frankopana, polovicom 15. stoljeća. Kapele s oltarima sv. Nikole i Gospe karmelske dao je podići biskup Petar Bembo oko 1570. godine.
Katedrala je nosi titular Blažene Djevice Marije, što je još jedan od indikatora njezina vrlo ranog postojanja. Prema pronađenom natpisu o gradnji crkve povjesničari nameću mogućnost postojanja crkve još u drugoj polovici 5. i početkom 6. stoljeća, čime se titular crkve vezuje uz Efeški koncil (431.) i veliko slavlje prilikom priznanja Marije kao Majke Božje. Svakako govorimo o romaničkoj katedrali izuzetno bogatog inventara, iz starijih i nešto mlađih razdoblja, i povijesno gledano, o važnom biskupskom središtu na prostoru Sjevernog Jadrana.