La sagrada reliquia del Cáliz del Señor es, según los arqueólogos, una copa de ágata finamente pulida fabricada a comienzos del siglo I en Siria o Egipto. Sería la "Copa de bendición" de la familia de Jerusalén que ofreció su casa a Jesús para que celebrase  allí la última Cena. Según los evangelios sinópticos y san Pablo, el Señor, siguió el rito de la Pascua y, después de consagrar el pan, "cogiendo una copa, pronunció la acción de gracias, se la dio y todos bebieron. Y les dijo: Ésta es mi sangre, sangre de la alianza, derramada por todos" (Me 14, 23-24). El precioso vaso fue llevado luego  por  san  Pedro a Roma,  donde lo siguieron utilizando los Papas, según atestigua el Canon Romano, traducción de un texto griego primitivo: "Tomó este cáliz glorioso  en  sus  santas  y venerables manos". Durante la persecución de Valeriano (258), el Papa san Sixto II lo confió a su diácono san Lorenzo, el cual lo envió a Huesca, su lugar de nacimiento; allí, a los pies de los Pirineos, se conservó hasta que, huyendo de la invasión islámica (711), fue escondido en lo más remoto de aquellas montañas, en el valle de Hecho.  

El avance del reino cristiano de Aragón llevó el Santo Cáliz, finalmente, al monasterio de San Juan de la Peña; allí, desde el siglo XI, fue conocido por los peregrinos de Santiago de Compostela y dio origen a las leyendas de los caballeros del Santo Grial. El rey Martín el Humano lo llevó a su palacio de Zaragoza en el año 1399 y Alfonso V el Magnánimo lo trasladó al Palacio Real de Valencia hasta que lo entregó a la Catedral en 1437.  Llevado a Alicante, Ibiza y Palma de Mallorca durante la Guerra de la Independencia en 1809 y devuelto en 1813, permaneció oculto en Carlet (Valencia) durante la Guerra Civil (1936-1939) hasta  ser repuesto en la antigua Sala Capitular, actual Capilla del Santo Cáliz, donde se venera.

El 8 de noviembre de 1982, el Papa Juan Pablo II celebró la Eucaristía en Valencia y usó esta sagrada reliquia que, en palabras  del pontífice, es "vestigio del paso de Cristo por la tierra". Lo mismo hizo el Papa Benedicto XVI cuando  visitó Valencia el 8 de Julio de 2006 durante el V Encuentro Mundial de las Familias.