בניית הקתדרלה הוצעה על ידי ממשלת הצאר ב-1894. חניכת הבנייה נחגגה ב-1899 אך בנייה ממשית החלה רק ב-1901 והושלמה ב-1911. הקתדרלה בנויה כבזיליקה ובנויה מלבנים אדומות, חומר בנייה המקובל בסגנון גותיקת הלבנים שנפוץ בסקנדינביה וצפון אירופה הקרות. מבנה הקתדרלה מבוסס על תכנון של האדריכל Tomasz Bohdanowicz-Dworzecki והושפע ממנזר וסטמינסטר האנגלי שבלונדון ומקתדרלת מילאנו שבאיטליה. חזיתה עטורה ב-5 צריחים מחודדים ומעל מגדל המצלב מתנשא צריח נאה המוקף צריחונים ותמיכות דואות. בעזרת תמיכה כספית מהקהילות הקתוליות של רוסיה והמדינות השכנות, נחנכה הקתדרלה ב-1911 כקפלה לקהילה הפולנית-קתולית של מוסקבה. ב-1917 התרחשו ברוסיה שתי מהפכות: המהפכה המנשביקית ומאוחר יותר המהפכה הבולשביקית, שבה עלתה המפלגה הקומוניסטית בראשות לנין לשלטון. בשל מדיניות אתאיזם מדיני שהנהיגו הבולשביקים כחלק מהאידאולוגיה המרקסיסטית-לניניסטית, הורתה הממשלה על סגירת כנסיות רבות והקתדרלה נסגרה ב-1938. בזמן מלחמת העולם השנייה ריחפה חרב ההריסה על הקתדרלה, ואחרי המלחמה שימשה לצורכי ציבור חילוניים כמחסן ואכסניה (הוסטל). ב-1996, אחרי נפילת ברית המועצות והשלטון הקומוניסטי, הקתדרלה נפתחה מחדש וחזרה לתפקד ככנסייה. ב-2002 הועלתה לדרגת קתדרלה. כתוצאה מכך החלה תוכנית שיקום ושיפוץ נרחבת ובסופה נחנכה הקתדרלה מחדש ב-2005.