La fachada principal, hacia la plaza de la Armería, es la situada a los pies del templo, y mira hacia la cara sur del Palacio Real. Se compone de un gran pórtico de columnata doble, siendo el piso inferior de inspiración toscana y el superior jónico. Este conjunto, de aire neoclásico, fue rematado después de la consagración de la catedral por una hornacina barroca, cobijando una imagen de la Virgen de la Almudena. Se colocaron también cuatro estatuas, obra del escultor Ramón Chaparro, que representan a cuatro santos españoles: san Isidro Labrador, santa María de la Cabeza, santa Teresa de Jesús y san Fernando, realizadas en piedra blanca de Colmenar Viejo.  

En el balcón, una vidriera de diez metros cuadrados que representa a la Virgen de Lis. Y cuatro estatuas que representan a los cuatro evangelistas, del escultor José Luis Parés. 

Hay dos grandes escudos, ejecutados también por el escultor Parés. Ubicados en la parte inferior, están realizados en piedra: representan las armas plenas de la Casa Real Española y el escudo del papa que consagró la catedral, Juan Pablo II.