Stavbu katedrály zahájil olomoucký údělný kníže Svatopluk v letech 1104-1107. Ještě nedokončená stavba byla vysvěcena 30. června roku 1131, za její dokončení je označován rok 1141. Dnešní podoba katedrály z let 1883-1892 představuje svébytné monumentální dílo, které v sobě zahrnuje různé stavební etapy, počínaje románských slohem a novogotickým romantismem 19. století konče. Nově vzniklá silueta chrámu s hlavní věží vysokou 100,65 m obohatila panorama města a stala se jedním z jeho vizuálních symbolů.
V interiéru katedrály najdete renesanční kaple svatého Stanislava s bronzovým náhrobkem biskupa Kuena a mramorový náhrobek posledních olomouckých Přemyslovců. Na severní straně chrámu je velká novogoticky upravená kaple sv. Cyrila a Metoděje, gotickou sakristií se dá projít do rovněž gotické křížové chodby, s níž sousedí kaple sv. Jana Křtitele. Fresková výzdoba je dílem Jana Kryštofa Handkeho. V katedrále se nachází také největší zvon na Moravě.
Krypta pod presbytářem má dvě patra. Horní patro krypty je zpřístupněné pro veřejnost. Dolní patro krypty jslouží pro uchovávání ostatků. V kryptě jsou pohřbeni biskupové a arcibiskupové: František z Ditrichštejna, Karel II. z Lichtenštejna-Kastelkornu a Maria Tadeáš Trauttmansdorff. V kryptě je také uloženo srdce arcibiskupa a rakouského arcivévody Rudolfa Jana.