Prvi vrhbosanski nadbiskup nakon ponovne uspostave redovne crkvene vlasti u BiH, Josip Stadler, bio je ustoličen 15. siječnja 1882. u maloj drvenoj crkvi Sv. Ante na Bistriku. Jedna od njegovih prvih briga bila je gradnja katedrale u Sarajevu te je 1884. otpočeo s gradnjom koja je završena i posvećena 15. rujna 1889.

Arhitekt je bio Josip Vancaš. Katedrala je zamišljena i izrađena u ranogotičkom stilu. Vanjska dužina katedrale iznosi 41,9 m, širina 21,3 m. Pročelje je ukrašeno s dva masivna tornja visine 43,22 m. Iznad svetišta ponosno se diže toranj visine 33 m. Ispod tornjeva nalazi se vodoravni pročelni luk, a ispod njega bogato ukrašena rozeta od kamena i vitražnog stakla. Ispod rozete smješten je kip Srca Isusova, kojemu je Stadler posvetio katedralu i nadbiskupiju. Iznad blagog gotičkog nadvratnog luka u timpanu ugrađen je reljef Presvetog Trojstva izrađen po nacrtu Aleksandra Seitza.

Vitraji su rađeni u Innsbrucku. Glavni oltar izrađen je od talijanskog mramora. Na povišenom mjestu u sredini oltara smješten je kip Srca Isusova koji je izrađen u Beču. Dvije freske u svetištu su djelo Aleksandra Seitza kao i one u pokrajnjim lađama na unutarnjim zidovima tornjeva. Svetište je odijeljeno od glavne i pokrajnjih lađa željeznom ogradom koju je izradio Antun Biro iz Beča, a po nacrtu Josipa Vancaša. Pod je izrađen od tvz. wienerberških pločica koje su u ono vrijeme bile veoma tražene.

Katedrala za vrijeme rata nije bila direktno pogođena, ali je od gelera bakreni krov bio oštećen na 580 mjesta, a vidna su oštećenja i na vanjskim zidovima. Iznutra je katedrala obnovljena u razdoblju od 27. rujna 2010. do 15. listopada 2011. zahvaljujući počasnom kanoniku vrhbosanskog Stolnog kaptola mons. Heribertu Augustu iz Aachena. Orgulje su izrađene u Zagrebu 1886., a njihova detaljna restauracija završena je 2017.