Gradnja katedrale započela je 1884., a radovi su završeni 9. studenoga 1887. Posvećena je, nakon završetka unutarnjih radova i umjetničkog opremanja, 14. rujna 1889. Prvi vrhbosanski nadbiskup sl. Božji Josip Stadler (1843. – 1918.) najzaslužniji je za njezino podizanje, a njegov najbliži suradnik bio je arhitekt Josip pl. Vancaš (1859. – 1937.).
Vanjska dužina katedrale iznosi 41,90 m, širina 21,30 m, a kod svetišta 24,30 metara. Unutrašnja dužina je 37,65 m, a širina 18,10 metara.
Pročelje je upečatljivo s dvama tornjevima od po 43 metra visine, a krovovi su im u obliku jednostavnih oštrih piramida.
Prvostolnica je bogata brojnim vrijednim umjetninama i nemoguće ih je sve nabrojati. Središnji oltar izveden je od mramora i raščlanjen u sedam niša. Iznad srednjeg otvora nalazi se na povisokom postolju kip Srca Isusova, rad Franza Erlera iz Beča.
Između lađe i svetišta stoji ograda od kovanog željeza, dar bečkog dvorskog bravara Antona Biroa.
U zapadnom dijelu glavne lađe nalazi se propovjedaonica koja počiva na bogato profiliranu postolju. Nekoliko koraka od nje postavljena je uljana svjetiljka koju je 1997. darovao Sv. Ivan Pavao II.
U lijevoj sporednoj lađi nalazi se oltar Bezgrješnog začeća BDM-a urađen od istog kamena od kojeg je pravljen i glavni oltar. Kip Bogorodice je djelo Dragana Moraka, a darovao ga je car Franjo Josip I.
U desnoj sporednoj lađi oltar je svete braće Ćirila i Metoda. Kipove je modelirao Morale, a u kamenu ih je izveo Novotny.
Iznad oltara se nalazi pet vitraja visokih 5,75 m, a širokih 1,33 metra, izrađenih prema Vancaševu nacrtu.
Rozeta na pročelju promjera je skoro pet metara, a ispod nje na koru su orgulje, djelo radionice iz Zagreba 1886. Imaju dva manuala s 22 registra, osam kolektivnih pedala te stroj za crescendo i decrescendo.
U tornjevima katedrale je šest zvona dobivenih na dar od slovenskog naroda.
Desno od središnjeg ulaza za vjernike, nadgrobna ploča nadbiskupa Stadlera od bijelog mramora. Rad je to skulptora Marina Studina.
Lijevo od središnjeg ulaza je mjesto posljednjeg počivališta trojice vrhbosanskih nadbiskupa: mons. Smiljana Franje Čekade (zemni ostatci u katedralu preneseni 2011.) te mons. Marka Alaupovića i mons. Marka Jozinovića.
Iako je katedrala posvećena 14. rujna prema Direktoriju Vrhbosanske nadbiskupije za euharistijska slavlja i liturgiju časova nadnevak obilježavanja zbog pastoralnih razloga trajno je pomjeren na 13. rujna.
