La cúpula en cierto modo es un elemento muy italianizante que no conecta con la tradición más propia de la arquitectura religiosa española que cubría esta zona con cimborrios como le ocurría a la Catedral Gótica de Jaén, la antecesora del actual edificio. Sin embargo, Juan de Aranda Salazar, el arquitecto que es nombrado en 1635 para reiniciar las obras, diseñó esta magnífica cúpula que tiene como modelo la cúpula de San Lorenzo del Escorial.
Sin embargo, la cúpula de la Catedral de Jaén es una cúpula mucho más hornada que la del Escorial, tanto en el exterior, sobre todo en la linterna, como en el interior.
El tambor tiene un diámetro de doce metros y medio y en total alcanza una altura de 50 metros.
Se sostiene sobre cuatro pechinas en las que podemos contemplar algunas de las avocaciones más definitorias del universo religioso hispano y jiennense de la época.
Podemos contemplar a San Eufrasio, el primer evangelizador de las tierras de Jaén, a Santa Catalina, tan vinculada justo con la historia religiosa de nuestra ciudad, al apóstol Santiago, que trajo el Evangelio a la antigua Hispania, y finalmente a San Miguel, al arcángel que en aquellos tiempos de guerras en Europa era invocado con frecuencia por la monarquía hispana para apoyar la lucha en defensa de la fe. Los diseños de los cuatro santos que hay en las pechinas se deben a Juan de Aranda Salazar, aunque en 1653 el cabildo de la catedral pidió que el de San Miguel fuese revisado por el maestro mayor de obra de la catedral de Córdoba, y este se apoyó también en Sebastián Martínez, el pintor que por entonces estaba ya realizando diversas obras para la nueva seo jiennense. En la tradición arquitectónica cristiana la cúpula es la unión del cielo y de la tierra, de lo humano y de lo divino.
Juan de Aranda Salazar utiliza piedra caliza para esta cúpula.
La cúpula la realizó Juan de Aranda Salazar en 1650 cuando moría.
Juan de Aranda siguió fielmente el proyecto arquitectónico de Vandelvira, del que sólo alteró elementos decorativos.
Juan de Aranda se fijo en Juan Herrera de su cúpula del Escorial y en la de San Pedro de Roma.
Pedro del Portillo dirigió la obra hacia 1660 por encargo del obispo Don Fernando de Andrade y Castro y fue el que cerró la cúpula sobre el crucero.