Les quatre manuscrits conservés
On dénombre 427 cantigas de Santa Maria, regroupées dans quatre manuscrits. Trois se trouvent en Espagne (deux au monastère de l'Escorial et un à la bibliothèque nationale d'Espagne à Madrid). Le quatrième est conservé en Italie, à Florence.
Le manuscrit de Tolède (ainsi nommé car il a été conservé à la cathédrale de Tolède avant d'être transféré à Madrid) regroupe une centaine de cantigas, avec leurs partitions, mais ne contient pas d'illustrations. Alphonse aurait eu comme objectif de collecter une centaine de cantigas, avant de revoir ses ambitions à la hausse. Ce codex contient 128 cantigas et serait le plus ancien (même si des musicologues pensent que ce serait plutôt une copie du manuscrit d’origine, daté plutôt de la fin du XIIIe siècle). La notation musicale, basée sur la notation des chants ibériques, est moins précise que celle des codex ultérieurs.
Le "codice de los musicos", un des deux manuscrits conservés à l'Escorial, est le plus complet avec 407 cantigas (sans compter les répétitions), toutes avec leurs partitions. Ce manuscrit, le plus tardif, revêt un intérêt particulier : toutes les 10 cantigas, pour illustrer les cantigas de louange, on trouve une enluminure d'un ou plusieurs musiciens qui jouent de divers instruments (voir la partie "instrumentarium"). C'est une mine d'or pour les musicologues et les luthiers. La notation musicale, comme dans le "codice rico", s'inspire de la notation française pré-franque mesurée. Cette notation permet aux musicologues une interprétation rythmique plus sûre. Il pourrait s’agir du manuscrit destiné à la chapelle Royale de Séville, où repose la dépouille du Souverain, qui souhaitait qu’un exemplaire des Cantigas soit conservé dans sa dernière demeure.
L'autre manuscrit de l'Escorial, appelé "codice rico", ne regroupe que 193 chansons, mais chacune est richement illustrée par 6 voire 12 miniatures, soit un total de 1264 illustrations. Ces enluminures, en plus de raconter les miracles accomplis par Santa Maria ou d'illustrer les louanges qui lui sont adressées, foisonnent de détails quant aux vêtements, à l'ameublement, à l'architecture, à la flore ou à la faune qu'on pouvait observer en Espagne au XIIIe siècle.
Le manuscrit de Florence contient 133 cantigas, dont certaines dans des versions différentes des autres codex. Il a également un intérêt car il est, pour des raisons inconnues, inachevé (peut-être suite à la mort du mécène, Alphonse X). Ce manuscrit, en cours de réalisation, donne l'impression d'être dans le scriptorium et d'assister en direct à la création des partitions et des enluminures. Ce codex pourrait être le deuxième volume faisant suite aux cantigas du « codice rico ».