Der Bau der Kathedrale begann Ende des vierten Jahrhunderts auf Wunsch von Eusebio, dem ersten Bischof von Vercelli und Piemont. Diese erste Kirche war dem christlichen Märtyrer San Teonesto gewidmet und befand sich am Stadtrand in der Nähe des Friedhofs. Im 5. Jahrhundert wurde sie durch eine Basilika nach dem Vorbild der römischen Kirche San Pietro ersetzt. Der romanische Glockenturm und das Kruzifix aus Silberfolie aus dem 10. Jahrhundert, ein Meisterwerk der ottonischen Kunst, sind noch erhalten. Die Veranda im klassischen Stil stammt aus dem Jahr 1572. Die letzte war die Kuppel im Jahr 1860. Die heutige Kathedrale ist dem Gründer der Kirche Sant’Eusebio gewidmet.