La presente iglesia Catedral se empezó a construir en 1561 por las órdenes del rey de España Felipe II.

Fue en ese año en que el obispo Fray Pedro Ayala puso la primera piedra. Sin embargo, se declaró terminada, aunque sin decoración y faltando las torres, el 19 de febrero de 1618. 

Las torres fueron terminadas hasta finales del siglo XVII. Esas torres primitivas no son las actuales. Eran cuadradas, de menos altura que las presentes, de dos cuerpos, parecidas a las de San Francisco; sin embargo éstas se vinieron abajo a causa de un fuerte temblor registrado en 1818. Aprovechando el primer cuerpo de las primeras torres, que quedó intacto, se levantaron las actuales, que fueron terminadas en1854 y que miden 65 m de altura. Justamente estas torres se han convertido en un ícono de la ciudad.

La fachada presenta una mezcla de estilos arquitectónicos con influencias góticas, barrocas, moriscas y neoclásicas. Consta de tres naves y espacios cubiertos con bóvedas.

En su interior se pueden apreciar varias pinturas entre las que destaca La Purísima Concepción, obra de Bartolomé Esteban Murillo. Otros elementos destacados son: el órgano traído de Francia que es el segundo más grande de México, la Virgen de la Rosa que fue un regalo del emperador Carlos V y un Cristo de marfil.

Debajo del coro y del altar mayor se ubican las criptas de los obispos y cardenales, en donde yacen los restos de quienes han gobernado la diócesis desde el siglo XVI. En este recinto también se encuentran los restos óseos de 23 hombres que defendieron la libertad de culto religioso durante las guerras cristeras y que fueron beatificados por el Papa Juan Pablo II en 1992.