Kyrkan ligger i centrala Linköping och är biskopens huvudkyrka.
Den är belägen vid Sankt Persgatan mitt emot Linköpings slott och bredvid Linköpings stadshus. Den är ett av Linköpings kändaste landmärken, med sitt 107 meter höga torn från 1886. Domkyrkan är en av Nordens största kyrkor tillsammans med Uppsala domkyrka och Nidarosdomen. Vidare är domkyrkan Sveriges bäst bevarade medeltida katedral. Domkyrkan är Linköpings stifts domkyrkas och säte för stiftets biskop. På 1000-talet fanns här en träkyrka, eller åtminstone en begravningsplats, sannolikt på platsen. En stenkyrka började troligen byggas på 1120-talet och var kanske färdig 1143 och var med säkerhet färdig 1153, vilket påvisas av att det finns dokumenterat att ett kyrkomöte ägde rum där det året. Den var en romansk basilika och ungefär hälften så stor som dagens kyrka. Denna grund grävdes fram vid arkeologiska utgrävningar 1915–1916 och 1959–1961 och är kanske byggd med den äldsta stenkyrkan i Vreta kloster som förebild men med koret vänt på tvären. En troligare förebild är den gamla stenkatedralen i Roskilde. Det är när Linköpings stenkyrka byggs som Linköping första gången nämns som biskopsdöme i en handskrift, som i dag finns bevarad i Florens. Biskopens namn var Gisle (död på 1160-talet). Lite drygt ett sekel senare, på 1230-talet, lät biskop Bengt, bror till Birger jarl, bygga ut domkyrkan. Sannolikt ansåg han den vara för liten, även om alla Linköpings invånare på den tiden gott och väl rymdes i kyrkosalen. Man förlängde kyrkan åt öster med ett nytt kor och tvärskepp. Dessa delar, i senromansk stil, finns fortfarande kvar i dagens kyrka. Från samma tid är det altarbord, som används i kyrkan i dag. Ombyggnaden nämns i ett påvebrev 1232. Ombyggnad av tvärskepp och kor började under biskop Bengts tid (1220–1236). Under biskop Lars tid (död 1258) förlängdes tvärskeppet, vilket bör ha varit klart vid kröningen av kung Valdemar Birgersson år 1251. Under biskop Lars började arbeten med ett engelskinfluerat långhus, och man hann under hans tid troligen till tredje pelarparet från väster. Under byggnadstiden stod 1100-talskyrkan kvar innanför den nya kyrkans murar. Biskop Henrik (1258–1283) införde en stiländring vid det fortsatta bygget av den nya kyrkan. Man övergick nu till westfalisk stil. Det blev en kort och bred kyrka, som under denna tid troligen blev så pass klar att man kunde börja riva den gamla kyrkan. Biskop Henrik efterträddes av biskop Bengt II, son till Birger jarl. Under hans tid blev långskeppet färdigt, och diverse andra arbeten vidtog, bland annat en sakristia, höjda fönster, förstorade portaler med mera. Mellan 1308 och 1360 under biskop Karls tid, förlängdes långhuset med de två västligaste travéerna och man byggde i hast en ny västfasad med stilinflytande från Kölnerdomen. Västfasaden blev delvis ett fuskbygge, möjligen för att man hade svårt med finansieringen. Med denna tillbyggnad hade kyrkan fått sin nuvarande längd. Troligen satte man upp en kalkstensskulptur av Petrus, kyrkans skyddspatron, i västportalens mittpelare. I början av 1400-talet, då Knut Bosson Natt och Dag var biskop (1393–1436), byggdes med början 1408 tre kapell i sengotisk stil med stora fönster och stjärnvalv. Arbetet var ännu inte klart vid Knut Bossons död, och avbröts 1420 på grund av de stridigheter som igångsatts av upprorsmakaren och frihetshjälten Engelbrekt Engelbrektsson. De halvfärdiga murarna övertäcktes provisoriskt med ett sadeltak i trä. Färdigställandet dröjde tills biskop Henrik Tidemansson (1467–1500) satte igång byggandet igen. Under hans tid blev koret klart. Från början var takbeläggningen bly, men biskop Hans Brask bekostade ett nytt koppartak. Därmed var det i flera hundra år utdragna kyrkobygget äntligen klart.