El obispo Alonso de Cartagena —hijo del también obispo y judío converso Pablo de Santamaría— ha pasado a la historia burgalesa por haber mandado construir las dos agujas que culminan las torres de la Catedral. De la misma manera que en el siglo XIII su antecesor don Mauricio, quedó impresionado por las catedrales que en ese momento se estaban levantado en Francia; unos 200 años más tarde, Cartagena volvió de su viaje al Concilio de Basilea admirado por los chapiteles que ya culminaban las catedrales de Friburgo, Ulm y Basilea.

Al descender por las escaleras que bajan a la plaza de Santa María se puede contemplar la fachada occidental del templo, inspirada en las de las catedrales de París y Reims.
En el cuerpo inferior se abre la Portada de Santa María, formada por tres arcos apuntados y abocinados que cobijan la Puerta Real, o del Perdón, el central, y las de la Asunción y la Inmaculada, los laterales. Esta portada era obra del siglo xiii y, con su iconografía dedicada a la Virgen, estaba considerada como la más importante manifestación escultórica de estilo gótico en Castilla, pero su grave deterioro obligó a reconstruir austeramente las puertas laterales, en 1663 por Juan de Pobes, y la central, en estilo neoclásico, con vano adintelado y frontón triangular, en 1790; en los tímpanos de las laterales se colocaron los relieves de la Concepción y la Coronación, salidos de la mano de Juan de Pobes, y en las enjutas, dos arquillos laterales dobles que cobijan sendas estatuillas.

El segundo cuerpo de la calle central de la fachada es obra del siglo xiii y en él se abre un rosetón de aire cisterciense, con tracería de estrella de seis puntas, o de sello de Salomón. En el tercer cuerpo de la misma calle se abre una elegante galería, jalonada por sendas agujas y varios pináculos, y formada por dos grandes ventanales con maineles y tracería de tres óculos cuadrilobulados; bajo los ocho arquillos que forman los maineles de ambos arcos están colocadas las estatuas de los ocho primeros reyes de Castilla, de Fernando I a Fernando III. Corona la calle una fina barandilla-crestería de arquillos ojivales sobre la que se alza una estatua de la Virgen con el Niño, acompañada de la leyenda, alusiva a la Madre de Cristo, Pulchra es et decora. Este remate fue realizado a mediados del siglo xv por Juan de Colonia.

Sobre las puertas laterales del primer cuerpo se alzan dos torres casi gemelas del siglo xiii y de tres cuerpos, con pilastras decoradas con pináculos y estatuas en sus ángulos, y con decorados vanos ojivales en cada cara de cada cuerpo: uno abocinado con mainel y tracería de óculo, tapado con vidrieras, en el primero; dos geminados sin mainel y sin tracería, en el segundo; y otros dos geminados con mainel y tracería, en el tercero.

Sobre estas torres, a mediados del siglo xv, Juan de Colonia elevó sendas agujas o chapiteles piramidales de base octogonal y de finos calados que configuraron definitivamente la silueta de la seo burgalesa. Su progenie suevoalemana coincide con el proyecto de la catedral de Colonia, que pudo conocer el maestro Juan, si bien las agujas de la ciudad alemana no se realizaron hasta el siglo xix. Los chapiteles burgaleses fueron levantados con las aportaciones económicas del obispo Alonso de Cartagena y de su sucesor en la sede, Luis de Acuña, cuyos blasones, junto con los de la monarquía castellano-leonesa, aparecen en los antepechos que conectan con las cúspides de las torres. En estos antepechos el maestro Juan dispuso también la leyenda pax vobis y la escultura de Cristo mostrando las huellas de su Pasión, en uno, y la leyenda ecce agnus dei (he aquí el Cordero de Dios) y una escultura de San Juan Bautista, en el otro.