Катедралата е построена от брациговски майстор по проект на италианския архитект Алфонсо и наподобява римските трикорабни базилики. Осветена е на 25 март 1861 г. Тук през 1861 е монтиран първият в България орган, който по-късно е заменен с по-голям. През 1931 стихиен пожар силно поврежда храма и унищожава органа. Настоящата неокласическа фасада е дело на архитект Камен Петков. Камбанарията и изградена през 1898 и е оборудвана с 5 камбани, подарък от папа Лъв XIII. През 1991 е монтиран нов тръбен орган с 12 регистъра. В дясната част на катедралата се намира надгробието на българската княгиня Мария Луиза Княгиня Българска - съпруга на княз Фердинанд  и майка на цар Борис III. Нейният саркофаг е дело на известния италиански скулптор проф. Т.Джентиле и под него са изписани последните й думи към Фердинанд: „Умирам, но от небето ще бдя над Вас, над децата ни и над България“.