Die Kathedrale wurde im Zuge des Wiederaufbaus der Stadt nach der normannischen Eroberung Süditaliens errichtet. Sie wurde 1089 von Papst Urban II. geweiht und bis 1143 fertiggestellt. In der Kathedrale wurde Roger III. 1191 zum König gekrönt, der im Folgejahr Irene von Byzanz hier heiratete. Ebenso heiratete Kaiser Friedrich II. hier 1225 Isabella II., Königin von Jerusalem. Am Ende des 16. Jahrhunderts wurde die romanische Apsis abgerissen, um den Bau eines großen Chors zu ermöglichen. Am 20. Februar 1743 zerstörte ein heftiges Erdbeben die Kathedrale vollständig, die 1746 durch den Architekten Mauro Mainieri im Barockstil wieder aufgebaut wurde. Sie wurde seitdem mehrfach restauriert, ohne dass ihr Aufbau verändert wurde. Am 10. Juli 1867 wurde sie von Papst Pius IX. in den Rang einer Basilica minor erhoben. Am 15. Juni 2008 besuchte Papst Benedikt XVI. die Kathedrale von Brindisi und traf Geistliche, Diakone und Seminaristen der Erzdiözese Brindisi-Ostuni.