Während des Albertaufstandes 1305 brannten das Dach und der obere Teil der romanischen Kathedrale ab. Doch bereits 1320 war der Schaden so weit behoben, dass Władysław I. Ellenlang dort zum König gekrönt werden konnte. Gleichwohl ließ der neue König noch im selben Jahr die alte Kirche bis auf die Fundamente abtragen, worauf mit dem Bau einer dritten Kathedrale im gotischen Stil begonnen wurde. Dieser Kirchenbau, der 1364 eingeweiht wurde, erfuhr seitdem keine wesentlichen Änderungen. Władysław I. wurde nach seinem Tod in der Kathedrale bestattet, und sein Grab ist das einzige Königsgrab, das in der Kathedrale erhalten blieb. Den frühgotischen Sarkophag ließ sein Sohn Kasimir III. der Große um 1350 aus Sandstein meißeln. Zu den wichtigsten gotischen Bildhauerarbeiten in der Kathedrale zählen auch die hochgotischen Sarkophage von Kasimir dem Großen, Władysław II. Jagiełło und Władysław III. Zu den schönsten spätgotischen Grabmälern weltweit gehören die Tumben der Könige Kasimir IV. – von Veit Stoß – sowie Alexander I., das wahrscheinlich von Jörg Huber geschaffen wurde.