Projekat za izgradnju Katedrale uradio je Josip Vancaš, kombinujući elemente romanike i gotike, te je tako stvorio sintezu po kojoj se ovaj objekat izdvaja od ostalih te vrste. Po tom projektu urađen je i dio enterijera. Izgradnja objekta je započela 1884. godine, a 1889. godine objekat je završen i predat na upotrebu sarajevskoj gradskoj općini. Svojim izgledom je slična katedrali Notre Dame u Dijonu. Katedrala ima tri kule, a srednja završava polukružnom elipsom. Crkvena rozeta je na ulaznoj fasadi iznad bogato dekorisanog ulaza, koji je obogaćen sa precizno obojenim staklenim prozorom. Bečki skulptor A. Hausman je napravio kipove koji stoje na ulaznoj fasadi. Potpore Svete Triniti je napravio zagrebački skulptor Dragan Morak, a rezbario Ivan Novotni u portalskoj zabati. asada je napravljena od dva tipa kamena: žutog čvrstog kamena i crvenkastog krečnog kamena. Obojeni stakleni prozori su napravljeni po dizajnu arhitekta Pl.Vancaša u Insbruku i Beču. Katedralu je orginalno dekorisao bojom Josip Volini i Ivan Betiz, kao i Aleksandar Maksmilian Sajc i njegov sin Ludovic koji je radio farbanje u Štrosmajrovoj katedrali u Đakovu 1875. Ludovic Sajc je oslikao osam cilindričnih portreta sa prsima crkvenih učitelja,koji su ujedno i najpreciznije oslikani dijelovi ove crkve.Statue je modelirao Dragan Morak, a rezbario Ivan Novotoni. Portret nadbiskupa Stadlera, koji se nalazi iznad njegovog groba, djeloje Marina Studina. Za vrijeme rekonstrukcije katedrale 1929. godine drugi sloj ukrašavanja radile su slikarske firme iz Stutgarda. Ovaj sloj, baš kao i dijelovi orginalnihcrteža, su uklonjeni za vrijeme rekonstrukcije crkve u periodu od 1987. do 1989, kada je slikar Ante Martinović napravio kopije velikog zida rađenog u uljanoj tehnici u razmjeri 1:1 i fiksirao ga na vrh oštećenog orginala.Na ulaznoj strani katedrale se nalaze dva tornja-jedan sa zvonom i drugi sa pet manjih zvona. Katedrala može primiti 1200 ljudi.
