El Santo Cáliz pertenecía al relicario que poseía el rey Alfonso el Magnánimo que custodiaba y veneraba en la capilla del hoy destruido y desaparecido Palacio Real,a donde llegó en 1424, y decidió donarlas a la Catedral de Valencia, aunque hay historiadores que señalan que no fue una donación, sino que lo presentó como prenda o garantía de pago, empeño, de un crédito que le dio el Cabildo para campañas militares.
En el acta de entrega de dichas reliquias, entre ellas el Grial, a la Catedral de Valencia, de 18 de marzo de 1437, que se conserva en el Archivo Catedralicio, no se hace mención a tal empréstito, explicando la entrega por el miedo a que «les dites reliquies e joyes fossen perill de perdre e absegarse», de perderse y desaparecer, razón por la cual debían guardarse en la sacristía del tempo. Las reliquias y joyas estaba «una caxa de pi cuberta de drap bermell ondada de veta blanca ab senyals Darago e Ciçilia dins la qual foren atrobades les joyes e coses seguents€lo calser hon Jhuxist consagra lo sanguis dijous de la cena fet ab dues anses dor ab lo peu de la color que lo dit calser es guarnit al entorn dor ab dos balays e dos maragnes en lo peu ab vinthuyt perles coniuents de grux de un pesol entonr del peu del dit calser€» El Santo Cáliz fue llevado a la Capilla de las Reliquia donde se guardaba en un armario. Cuando era mostrado en contadas ocasiones la persona que lo hacía pronunciaba la siguiente fórmula delante de los fieles que asistían al acto y a los que hacía arrodillarse: «Devots cristians, aquest es lo mateix calcer, hon lo dijos de la Cena nostre Senyor consagra la sua preciosa Sanch; es de pedra ágata cornelina oriental; ha molts perdons, haventli bona devocio».
En 1608, un canónigo, Honorato Figuerola, hizo que la devoción y culto al Santo Cáliz se acrecentará, idea que fue bien acogida por los arzobispos Juan de Ribera e Isidoro Aliaga. El primero, en una de sus Biblias que se conserva escribió de su puño y letra en el pasaje de Mateo 26,27, que hace referencia a la Ultima Cena, que dicho Cáliz se conserva en nuestra Iglesia Valentina. Es en este tiempo cuando nació la Fiesta del Santo Cáliz con procesión incluida por las calles de la ciudad. El Cáliz era portado en una custodia de plata. y muy similar en importancia y participación a la del Corpus. En 1666 se dispuso que el Santo Cáliz saliera también en el Corpus.
En 1744, al ser utilizado en las celebraciones de Jueves Santo, el canónigo que lo llevaba al dejarlo sobre el altar tropezó y el Cáliz sufrió un golpe y se fracturó en diversos trozos, siendo recompuesto ante notario por los plateros de la Catedral. El 18 de marzo de 1809, en plena Guerra de la Independencia, el Santo Cáliz y otras reliquias y joyas de la Catedral comenzaron un periplo de exilio a causa del temor de que cayera todo en manos de los franceses, por Alicante, Ibiza y Palma de Mallorca. En Mallorca alguien se hizo con la valiosa Custodia procesional de Corpus Castelnou, que acabó en Londres. El Santo Cáliz y otras reliquias regresaron a Valencia en 1813.
Vino un tiempo de decadencia en el culto al Santo Cáliz hasta que en 1888, el cardenal Arzobispo Monescillo dio nuevo impulso al mismo con procesión no callejera, pero sí claustral por dentro de la Catedral. En 1915, otro canónigo, José Navarro, idea que el Santo Cáliz sea sacado de su armariada de la Capilla de las Reliquias y venerado en capilla propia, habilitándose el Aula Capitular para tal fin. En 1917, se crea la Real Hermandad del Santo Cáliz, integrado por la nobleza valenciana con la misión de proteger y defender la preciada reliquia. El 21 de julio de 1936, primeros días de la pasada Guerra Civil, es asaltada, saqueada e incendiada la Catedral de Valencia. Dos canónigos, un sacerdote y una mujer apellidada Suey, salvaron el Santo Cáliz escondiéndolo primero en Valencia y luego en Carlet, volviendo a Valencia al fin de la contienda. En 1952, se constituyó la Cofradía del Santo Cáliz. En 1982, Juan Pablo II en su visita a Valencia celebró una Misa utilizando el Santo Cáliz, al igual que hiciera en 2006 el Papa Benedicto XVI.
