Les origines de la Cathédrale de Llandaff datent du XIIe siècle, avec sa fondation en 1107. Entre 1120 et 1133, elle fait l'objet d'une reconstruction importante, tandis qu'une série de travaux complémentaires et des extensions sont réalisés au cours des 400 prochaines années. Ces travaux incluent notamment l'ajout d'une salle capitulaire, Lady Chapel, et la tour nord-ouest, ainsi qu'une importante reconstruction du corps principal de l'église à la fin du XIVe siècle.
La cathédrale subit des dommages structurels à la fois pendant la Rébellion d’Owain Glyndŵr et la guerre civile anglaise. Au cours de cette dernière, les armées parlementaires attaquent l'église et saisissent et détruisent un grand nombre de ses trésors, parmi lesquels figure la précieuse collection de la bibliothèque. Dans les années suivantes, certaines parties de la cathédrale sont utilisées comme écuries et une taverne est même installée à l'intérieur de ses murs.
La grande tempête de 1703 endommage grandement la structure et au cours des vingt années suivantes, le bâtiment se dégrade à un rythme croissant, jusqu'à ce que son toit s'effondre finalement en 1723. En 1734, l'architecte John Wood commence à travailler sur une nouvelle cathédrale, en utilisant certaines parties de l'originale mais dissimulant la structure médiévale. Les travaux progressent très lentement et en 1841, d'autres architectes sont employés pour enlever les boiseries et compléter la restauration de l'originale. Les travaux de restauration sont assez satisfaisants pour permettre à la cathédrale d'être rouverte au culte en 1857. Cependant, quand Anatole Le Braz et Charles Le Goffic visitent la cathédrale de Llandaff en 1899, ils trouvent encore une quantité considérable de ruines recouvertes de lierre. Le Goffic fait particulièrement la louange de la fusion parfaite des styles roman et gothique. À cette époque, Llandaff est encore un village séparé qui n'a pas été envahi par l'expansion de Cardiff, et reste ainsi plutôt rural. Il rappelle aux deux visiteurs les villages de leur Bretagne natale.
Pendant la Seconde Guerre mondiale, le toit de la cathédrale de Llandaff est frappé par une mine allemande au cours d'un raid aérien nocturne sur Cardiff. Contrairement aux siècles précédents, cependant, les réparations sont effectuées à un rythme beaucoup plus rapide et les travaux de restauration se terminent en 1960. L'aspect le plus remarquable de la restauration du XXe siècle est la sculpture « Christ en gloire » de Jacob Epstein.
J’ai l’impression presque d’une bourgade bretonne. Des maisons à façades blanches et à cheminées semblables à celles de mon pays. La croix sur la place, dans un socle de pierre fruste exhaussé de quelques marches. Puis à droite les ruines de l’abbaye; le porche seul, profond et à plusieurs voûtes successives, est intact. Tout le reste est enguirlandé de lierre; de vieux murs. Le parc du Bishop s’étend derrière. Nous entrons dans le cimetière en passant sous un vieil arc de triomphe et l’on descend, car l’église est en contrebas du village, dans un enclos qui tourne au parc, plein de vieilles tombes, semblables à celles de Bretagne. Le sacristain, dès s’il apprend que je suis breton, me fait un acceuil des plus chauds, se tue à tout m’expliquer. Je visite dans le choeur à droite la tombe de saint Theilo, qui a été recueillie en trois morceaux. De l’autre côté, dans le bas-côté, est la tombe de saint Davreg, et plus loin, l’étrange représentation de la Mort, un merveilleux morceau.
Le deanery (la cure du doyen) est de l’autre côté de la route profonde qui mène à la rivière. Et en bas sont des étendues de prés qu’arrosent des bras de la rivière. Il y a là de place en place des aulnes géants. Et tout un merveilleux fond de bois. Le sacristain, là-bas, tout à l’heure, ne voulait pas être anglais, et il m’a fait lire dans un paroissien le pater kymrique. Les prés avec de hautes herbes, comme à l’abandon, des ravinements, et, ça et là, des chardons et des bosquets d’arbres. Le barrage plus loin, un waterfall immense et admirablement bâti, avec, cette fois, la rivière large, pleine, coulant à pleins bords, dans un paysage d’une paix infinie, et, derrière, tout au fond de la perspective lumineuse, des croupes de collines d’un bleu blondissant, comme certains dos de pays de Quimpérois. Dans la végétation, les aulnes et les frênes dominent, des frênes antiques, tout cela d’un vert presque noir.
Beaucoup de maison neuves qui s’élèvent le long de Cathedral-Road protestent de leur patriotisme gallois par les inscriptions qui se lisent en lettres dorées au fronton de leurs portes d’entrée.
L’église n’est qu’à un mille et demi de Cathedral-Road, l‘artère aristocratique de Cardiff, qui l’aurait bientôt rattrapée, n’étaient les admirables parcs qui bordent le Taff et dont le plus vaste, justement, fait ceinture au manoir du bishop diocésain. Une percée entre les ombrages de ce beau parc permet d’embrasser de fort loin l’ensemble du monument. Mais le parc est privé; la route fait un coude, et il faut pousser jusqu’au village, lequel est perché sur un monticule à pic qui plonge sur le ravin où l’église est bâtie. ...
Il n’y a qu’une trentaine d’années cependant que la restauration est achevée. L’abbaye actuelle est un heureux mélange de roman et de gothique. Dans le premier de ces styles, j’ai particulièrement admiré le grand porche cintré du côté sud, l’emboîtement de ses cinq arcatures dentelées et les massifs faisceaux de colonnes qui les portent. Le chœur, qui est du même style date de 1118. Il n’est pas jusqu’à la décoration intérieure de l’église qu’il ne faille louer pour sa juste appropriation au milieu; plus d’une cathédrale gothique jalouserait ces verrières aux tons délicieusement fanés, ces orgues monumentales, les délicates nervures des enfeux et du jubé, surout ces stalles du chœur, ouvrées et fouillées comme une orfèvrerie.