Az i.sz. IV-VI. században egy ókeresztény bazilika állt itt. Ezt később bővítették és az altemplom fölé szentélyt építettek.
A XI-XII. században épültek fel a tornyok. A templomot többször tűzvész pusztította, emiatt gyakran átépítették, átalakították. A XI. század elején beboltozták a mellékhajókat, és megépítették a Fájdalmas Szűz és a Corpus Christi kápolnát. Itáliai és francia mesterek készítették szobrászati díszeit. Az egyik leghíresebb és legszebb faragott eleme az egykori belső térnek az 1241-ben elkészült Népoltár.
Az 1345-ben befejeződő újabb építkezések során, amikor a főhajót is beboltozták, gótikus freskókkal díszítették a falakat. A Corpus Christi-kápolnában látható vörösmárvány Pasztofórium a XVI. század elején készült, a feltételezések szerint Esztergomban, Johannes Fiorentinus munkájaként. Később Nesselrode püspök megszüntette az altemplomi szentélyek lejáratait, és a magasban lévő szentélyhez kétoldalt lépcsőket építtetett, amivel egységesítette a teret.
A bazilika altemplomának déli lejárójában ma látható domborművek (a Teremtés, Kiűzetés, Paradicsom képei, a pásztorok, háromkirályok alakjai) Zala György XIX. század végi másolatai. A fő- és mellékhajók freskóit a német Beckerath Mór és Andrea Károly, a kápolnákat Székely Bertalan és Lotz Károly festette.

Orgonája a 100. Angster-orgona - Magyarország legjobb romantikus hangzású hangszere.

1991-ben magyarországi látogatása alkalmával II. János Pál pápa Basilika minor rangra emelte a székesegyházat