教堂宽17米，深43.2米，钟楼高30米，整体面积为854平方米，可容纳1000多人。天主教堂是当时临沂城最高的建筑物。1937年由兖州教区分出成立沂州教区即现在的临沂教区。1945年10月，新四军军部由江苏省北迁至临沂主教座堂后院，以配合山东八路军调往东北的军事行动。1986年，主教座堂修复。1989年，被列为临沂市文物保护单位。临沂天主教堂距离全国排行第三的批发市场只有百步之遥。