El 18 de octubre del 1925, el Papa Pío XI creó la Diócesis de Chillán, nombrando como su primer obispo a Martín Rücker Sotomayor. A la par se erigía como Catedral de Chillán, la Iglesia Matriz “San Bartolomé”, templo construido después de la cuarta fundación de Chillán, en la esquina formada por las calles Libertad y Arauco.
El 24 de enero de 1939 Chillán y otras provincias de Chile, fueron arrasadas por un terremoto de enormes proporciones; la antigua Iglesia Matriz “San Bartolomé”, fue destruida, como ocurrió con gran parte de la ciudad.
Jorge Larraín Cotapos, segundo obispo de Chillán, inició la construcción de la nueva Catedral, encargando esta tarea a su sobrino, el arquitecto Hernán Larraín Errázuriz. La primera piedra de la obra se colocó el 26 de octubre de 1941. Tras el fallecimiento del obispo Larraín, correspondió al obispo Eladio Vicuña Aránguiz continuar y concluir la construcción. La Catedral fue solemnemente inaugurada y dedicada al servicio de Dios y su pueblo, el 15 de octubre de 1960.
La obra gruesa del templo, es enteramente de hormigón armado, para asegurarle resistencia asísmica. La disposición en la planta de esta Catedral supera los moldes clásicos; su interior es una sola y gran nave de veinte metros de ancho por cincuenta y dos metros de longitud y veinte metros de altura, con muros dispuestos en línea irregular, gracias al levantamiento en once arcos parabólicos que sostienen la enorme bóveda, confiriéndole un movimiento de esbeltez y sobriedad.
En el fondo de la Catedral (presbiterio), preside todo el lugar la imagen de Cristo crucificado. Esta imagen, más la de Virgen María, San José y el Vía Crucis, son obras del taller Ferdinand Stuflesser, y fueron hechas en Ortisei, Bolzano (Italia).
Sobre la puerta, a la entrada del recinto, se aprecia un mosaico que representa los momentos culminantes de Jesucristo (Nacimiento, Anuncio de la Salvación, Pasión-Muerte, y Resurrección) La obra pertenece al artista Alejandro Rubio Dalmati. El campanario de la Catedral, la Cruz Monumental al costado norte, tiene 36 metros de altura y fue levantada en memoria de los chillanejos muertos en el violento sismo de enero de 1939. Cuenta con un carrillón.
En el año 2010, con motivo del Bicentenario de la República, la Catedral de Chillán fue elegida en votación popular como ícono representativo de la Región de Ñuble en el concurso “15 Clásicos de Chile”. En diciembre del 2014 fue declarada Monumento Histórico Nacional gracias al trabajo de la Unidad de Patrimonio de la Municipalidad de Chillán, el Obispado de la ciudad y la Comisión Asesora del Consejo de Monumentos Nacionales de la Región del Biobío, entidades que elaboraron una propuesta con el objetivo de que la Catedral fuera reconocida como patrimonio.
A la Catedral se anexan tres construcciones: La Capilla del Santísimo Sacramento o El Sagrario; la Cripta o Mausoleo de los Obispos –donde descansan los restos de los Obispos Martín Rücker Sotomayor, Jorge Larraín Cotapos, Eladio Vicuña Aránguiz, Alberto Jara Franzoy; y de los presbíteros Desiderio Medina y Vicente Las Casas. También cuenta con una Sacristía como obra complementaria de la Catedral.
