Entre 1903 y 1915 Gaudí trabajó en la reforma de la catedral gótica de Palma de Mallorca. El edificio presentaba algunos daños en la fachada ocasionados por un terremoto, lo que sumado a problemas funcionales como la situación del coro en el centro de la nave y el estado inacabado de varias vidrieras que estaban cegadas dio impulso a la iniciativa del obispo Pere Campins.
Cuando éste visitó a Gaudí se sintió vivamente impresionado por sus ideas acordes con la reforma litúrgica, muy avanzadas para la época, que conocía a través de sus amistades religiosas, en especial el obispo Grau, para quien construyó el altar de la capilla del colegio de Jesús-María de Tarragona (1880-1884) y el Palacio Episcopal de Astorga (1887-1893). Campins era una figura alineada con una nueva concepción de la iglesia, más abierta a la sociedad de acuerdo con los tiempos que corrían. Trabajó en la conservación del patrimonio y fue promotor de la creación de museos eclesiásticos. El 7 de marzo de 1902 el cabildo catedralicio encargó a Gaudí la restauración litúrgica de la Catedral.
El proyecto fue redactado en 1903 tras varias visitas a Palma. Incluía el traslado del coro gótico al presbiterio con el objeto de liberar para los fieles el espacio de la nave central y así adaptarlo a las nuevas formas litúrgicas, y retirar los dos retablos mayores, el gótico y el barroco, quedando a la vista la cátedra episcopal del siglo XIII. Gaudí hizo una maqueta de madera del proyecto, no conservada.
Las paredes del presbiterio fueron decoradas con piezas cerámicas policromadas con los escudos de los obispos de Mallorca y representaciones de ramas de olivo componiendo figuras hexagonales. 7 lámparas votivas sobre la cátedra representan los espíritus frente al trono de Dios mencionados en el Apocalipsis. Para el mejoramiento de las condiciones de iluminación interior se proyectó la apertura de las vidrieras que estaban cerradas con mampostería, y se trasladó el altar mayor a una posición más adelantada para dar lugar a la sillería del coro. Fue suspendido de la bóveda un baldaquino de 7 caras con un gran crucifijo y lámparas colgantes abarrocadas. Completaron este conjunto artefactos de iluminación, unas elaboradas barandas formadas por cadenas y piezas de forja con los escudos de Mallorca y Aragón y diverso mobiliario litúrgico de hierro y madera. Al adelantar el altar fueron resituados los púlpitos renacentistas. Gaudí proyectó tornavoces sobre ellos, de los que solo uno llegó a construirse.
El conjunto de las vidrieras del presbiterio debía representar las invocaciones “Regina” de la letanía lauretiana. Como es sabido, el sistema de formación de los colores que Gaudí aplicó fue la tricromía con tres cristales superpuestos, concepto profundamente naturalista que hace de la propia luz solar el agente formador de los tonos. En el diseño colaboraron los artistas Ivo Pascual, Jaime Llongueras y Joaquín Torres García.
La capilla de la Trinidad situada en la cabecera, hasta entonces tapada por los dos retablos, fue abierta para ubicar allí las tumbas de los reyes mallorquines Jaime II y Jaime III. La propuesta que incluía la construcción de los sarcófagos bajo los arcos laterales de la capilla con elaborada decoración quedó sin completarse. Es conocida por las maquetas, un dibujo de Gaudí conservado y otros realizados por su sucesor en las obras. Años más tarde se ejecutaron las tumbas con un nuevo proyecto y esculturas yacentes de Frederic Marès. Las ideas de carácter histórico-patriótico estaban en la mente de Gaudí desde la propuesta de restauración del Monasterio de Poblet, elaborada con dos amigos en su juventud en la que, como lo haría en Mallorca, proponía un homenaje a los reyes allí sepultados.
La capilla iba a estar presidida por un conjunto escultórico simbólico compuesto por la paloma del Espíritu Santo, y a ambos lados el Padre y el Hijo. Se colocaría en el centro la imagen de la Virgen recuperada del retablo gótico. El baldaquino colgante que se dispuso sobre el altar mayor tiene una inclinación que permite que desde la entrada se tenga la visión de la Virgen y la Trinidad enmarcados por este elemento simbólico que representa los 7 dones del Espíritu Santo. En el exterior se preveía la reforma de las cubiertas de la catedral donde se construirían pináculos y un campanario. Para esta obra Gaudí contó con la colaboración de Joan Rubió. En los aspectos decorativos tuvo importante participación el entonces joven arquitecto Josep Maria Jujol, especialmente en la decoración del ábside donde la libertad creativa que le otorgó Gaudí provocó algunos roces con los canónigos.
De este ambicioso programa una gran parte llegó a concretarse en 12 años de trabajo hasta que Gaudí en 1914 tuvo diferencias con los constructores y algunos miembros del cabildo. Tras el fallecimiento del obispo Campins el año siguiente dejó definitivamente la obra y quedó a cargo Rubió hasta que fue designado un nuevo arquitecto. Quedaron pendientes de acabar 6 de las 9 vidrieras proyectadas, parte del mobiliario, las cubiertas y las tumbas reales.
Sabemos por testimonios que Gaudí fue un ávido lector de Viollet-le-Duc, arquitecto restaurador de gran influencia. El proyecto se enmarca en la corriente romántica de intervención en las catedrales inacabadas extendida durante el siglo XIX, entre cuyos más notables ejemplos se cuentan las de Colonia, Florencia o Barcelona. La restauración de Mallorca va mucho más allá de una reinterpretación de las formas de la época ya que constituye una aplicación de conceptos de reforma litúrgica.
Gaudí realizó además algunos trabajos menores durante sus estancias en la isla, como las reformas en la galería de la fachada sur del palacio episcopal de Palma, de las que pueden apreciarse un pináculo y merletes de piedra, algunas rejas y una vidriera en la capilla privada. También se le atribuye el diseño del pavimento de la iglesia de Nostra Senyora dels Àngels en Pollença, que le habría encomendado Ramón Picó Campamar, el secretario de Eusebi Güell quien era oriundo de esa localidad. Se ha sugerido que sería el autor de la casa “Villa Alegre”, ya desaparecida, propiedad de un amigo de Güell, de marcada inspiración en las formas del Park Güell, y se afirma su participación como asesor de Joan Rubió en las reformas en el Monasterio de Lluch.
En cualquier caso, su gran obra en Mallorca fue la restauración de la Catedral, proyecto lamentablemente no llevado a la práctica en su totalidad, que aunó técnica, conocimientos históricos, sensibilidad, habilidad para el reciclado y dominio del arte religioso y la liturgia.