Las principales crónicas altomedievales del siglo IX, como la Crónica Albeldense, la Crónica ad Sebastianum y la Crónica Rotense, no hacen ninguna referencia explícita a la construcción de la Cámara Santa, circunstancia que ha generado un intenso debate historiográfico en torno a su origen y cronología. Será necesario esperar hasta comienzos del siglo XII para encontrar una mención clara de este edificio martirial en la denominada Historia Silense, datada en torno al año 1115. En este texto se recoge que un monarca cristiano promovió la edificación de una basílica dedicada a Santa Leocadia, cubierta con bóveda, sobre la cual se dispuso una cámara elevada destinada a la veneración del Arca Santa, subrayando así la doble funcionalidad del conjunto: martirial y relicaria.
Esta referencia de la Crónica Silense resulta fundamental, ya que únicamente menciona la advocación inferior, dedicada a Santa Leocadia, y destaca su papel como lugar de adoración del Arca Santa. Sin embargo, en el siglo XII, el obispo de Oviedo don Pelayo, en su obra Historia de Arcae Sanctae translatione, amplía la información al describir con mayor precisión la edificación. Según su relato, el edificio estaba compuesto por dos niveles superpuestos: una cripta inferior consagrada a Santa Leocadia y una capilla superior dedicada al arcángel San Miguel, donde se custodiaban las reliquias por motivos de seguridad. Esta mención supone la introducción explícita de la advocación de San Miguel, ausente en las fuentes anteriores.
La devoción a Santa Leocadia aparece documentada de forma temprana en un documento fechado el 10 de agosto del año 908, conservado en el Archivo de la Catedral de Oviedo, donde se menciona un altar dedicado a esta santa, constituyendo así la primera advocación atestiguada en la documentación medieval ovetense. La Historia Silense, por su parte, es la única fuente altomedieval que afirma expresamente que en este espacio se veneraba el Arca Santa, reforzando su carácter central dentro del ceremonial religioso y político del reino.
A partir de la Edad Moderna, las descripciones del edificio se hacen mucho más detalladas. Destaca especialmente el testimonio de Ambrosio de Morales, quien en su Viaje realizado en 1572 ofrece una descripción minuciosa de la Cámara Santa como un espacio solemne, abovedado y ricamente ornamentado, al que se accedía por escaleras de piedra. Morales describe un espacio con forma de iglesia, con columnas de mármol talladas con las figuras de los doce apóstoles, pavimento de tipo mosaico y una clara diferenciación entre la nave y la capilla mediante una reja de hierro. Señala, además, que la advocación de la capilla superior era la de San Miguel, atribuida tradicionalmente a Alfonso II el Casto.
Este testimonio es corroborado en el siglo XVII por el padre Luis Alfonso de Carvallo, quien describe la Cámara Santa como una capilla real y oratorio palatino, levantada sobre la antigua iglesia de Santa Leocadia para proteger las reliquias de la humedad. Carvallo enfatiza su función como depósito del tesoro sagrado del reino, destacando la abundancia de arcas y relicarios que llenaban el espacio superior.
Finalmente, en el siglo XIX, Juan de Dios de la Rada y Delgado interpretó la Cámara Santa como un notable ejemplo del estilo latino-bizantino, subrayando su estructura bipartita, la bóveda semicircular y las figuras apostólicas adosadas a los fustes, concebidas casi como cariátides. En conjunto, antes de su destrucción en 1934, la Cámara Santa se presentaba como un edificio excepcional, tanto por su antigüedad y complejidad arquitectónica como por su relevancia simbólica, religiosa y regia, consolidada a lo largo de los siglos mediante la tradición documental y los testimonios históricos.