Ideea construirii unei catedrale ortodoxe în oraşul de pe Bega a apărut odată cu unirea de la 1918. Până atunci, religia predominantă în Banat a fost cea catolică, adusă de Imperiul Habsburgic.
Lucrările la catedrală au început în 1936, câştigătorul licitaţiei de proiectare fiind arhitectul bucureştean Ioan Traianescu. Piatra de temelie a fost sfinţită, la deschiderea şantierului, de către episcopul Andrei Magieru al Aradului. Au fost necesari cinci ani de muncă intensă până la ridicarea tuturor lucrărilor de arhitectură, suprafaţa construită cuprinzând 1.542 metri, iar capacitatea fiind estimată la aproximativ 5.000 de credincioşi. Fundaţia catedralei este formată dintr-o placă masivă de beton armat, susţinută de peste 1.000 de piloni din acelaşi material, înfipţi sub această placa de beton până la 20 de metri adâncime.
Arhitectul Ioan Traianescu a creat un stil arhitectural unic pentru această clădire, o îmbinare între stilul neo-bizantin şi stilul bisericilor medievale moldoveneşti. Catedrala are 11 turle, iar cea mai înaltă dintre ele atinge 83,7 metri, construcţia fiind la un moment dat a treia ca înălţime din România, după Casa Scânteii şi Palatul Parlamentului. Clopotniţa găzduieşte şapte clopote în greutate totală de opt tone, iar de armonizarea acestora s-a ocupat celebrul compozitor Sabin Drăgoi.
Pereţii exteriori sunt decoraţi cu cărămidă aparentă de culoare roşie şi galben-portocalie, iar turnurile care fac silueta Catedralei atât de uşor de recunoscut sunt acoperite cu ţiglă smălţuită realizată în Banat, la Jimbolia, ţiglă care conţine culorile drapelului naţional pe fond verde. Pictura interioară şi cea exterioară a fost finisată abia în 1956, fiind realizată de pictorul Atanasie Demian.
Pridvorul deschis al catedralei este susţinut de şase coloane mari din marmură, aşezate fiecare pe câte un soclu păt
