Die ursprüngliche, romanische Kirche wurde oberhalb der Weichsel gebaut und erstmals im Jahre 1148 erwähnt, 1191 wurde sie durch Kasimir II. zur Stiftskirche bestimmt. Diese wurde von den Tataren im 13. Jahrhundert und endgültig 1349 von den Litauern zerstört. Im Jahre 1360 stiftete König Kasimir der Große eine neue gotische Stiftskirche, der Chor könnte älter sein. Die Kirchweihe erfolgte 1382. Beim Rückzug der Schweden 1656 unter Karl X. Gustav geriet der Dachstuhl der Kirche in Brand. Die Kirche erhielt 1670 bis 1674 eine barocke Fassade und wurde während des 18. Jahrhunderts auch im Innenraum im Stil des Barock und Rokoko umgestaltet. Mit der Schaffung des Bistums Sandomierz 1818 wurde sie zur Kathedrale erhoben und erhielt 1960 durch Papst Paul VI. zusätzlich den Titel einer Basilica minor verliehen.