La Cathédrale-Basilique de l'Assomption de Notre-Dame de Valence — connue localement sous le nom de La Seu — se dresse au centre géographique et spirituel de Valence, sur un site qui accueille des édifices sacrés depuis plus de deux millénaires. Avant que la première pierre de la cathédrale ne soit posée, le sol abritait un temple romain dédié à Diane, puis une église wisigothique, et plus tard une mosquée durant la période de domination maure. Lorsque le roi Jacques Ier d'Aragon conquit Valence en 1238 et que la Reconquista atteignit la ville, la mosquée fut démolie et l'évêque Ferrer de Sant Martí consacra la première version de la cathédrale cette même année. La construction de l'édifice actuel commença véritablement en 1262 et se poursuivit jusqu'au XVe siècle, ce qui explique le remarquable feuilletage architectural du bâtiment : l'abside et la salle capitulaire sont de style roman, la nef et le transept sont gothiques, la façade principale sur la Plaza de la Reina est baroque (achevée en 1703), et la Puerta del Palau — la porte la plus ancienne, orientée à l'est — est un remarquable exemple de roman valencien du XIIIe siècle.
La possession la plus extraordinaire de la cathédrale est abritée dans la chapelle gothique du Saint-Calice (Capilla del Santo Cáliz), construite entre 1356 et 1369 : une coupe en agate sombre datant du Ier siècle après J.-C. que l'Église catholique reconnaît officiellement comme un sérieux candidat au Saint-Graal — le calice utilisé par le Christ lors de la Cène. La relique arriva à Valence en 1437, transférée depuis le monastère de San Juan de la Peña en Aragon, où elle avait été conservée depuis le XIe siècle. Le pape Jean-Paul II célébra la messe avec ce calice lors de sa visite à Valence en 1982, et le pape Benoît XVI renouvela ce geste en 2006 lors de la Rencontre mondiale des familles — deux approbations pontificales qui ont consacré son statut singulier. La chapelle présente également deux panneaux du maître gothique valencien Paolo de San Leocadio, peints vers 1472.
Gravir le Miguelete — le clocher octogonal de la cathédrale, commencé en 1381 et achevé en 1429 — est l'une des expériences physiques emblématiques de Valence. La tour s'élève à 51 mètres et nécessite 207 marches ; depuis le sommet, les toits couverts de tuiles orangées de la vieille ville se déploient dans toutes les directions, avec la Méditerranée visible par temps clair. La tour doit son nom à la grande cloche installée lors de la fête de Saint-Michel (29 septembre) en 1539, qui a rythmé la vie civique et agricole valencienne pendant près de cinq siècles. À l'intérieur de la cathédrale, la nef gothique éclairée par une lanterne conserve deux petits panneaux attribués à Francisco de Goya de part et d'autre de l'abside, découverts lors d'une restauration au XIXe siècle et encore débattus par les historiens de l'art.
Les visiteurs doivent prévoir au moins 90 minutes pour profiter pleinement de la cathédrale, de la chapelle du Saint-Calice, du musée diocésain (qui contient les panneaux de Goya et des retables médiévaux) et de la tour du Miguelete. La cathédrale est accessible par trois portes historiques, chacune donnant sur une place différente : la Plaza de la Reina (façade baroque), la Plaza de la Virgen (Puerta de los Apóstoles, porte gothique du XIVe siècle célèbre comme siège de l'antique Tribunal des eaux) et la Plaza de Almoina (Puerta del Palau). Le Tribunal des eaux — institution reconnue par l'UNESCO qui se réunit chaque jeudi depuis au moins le Xe siècle pour résoudre les litiges d'irrigation — siège encore publiquement à la Puerta de los Apóstoles à midi, un rituel vivant inchangé depuis plus de mille ans.