Cùng với bác sỹ Alexandre Yersin khám phá ra Đà Lạt, có linh mục Robert thuộc Hội Linh mục Thừa sai Paris (MEP) vào năm 1893. Đến 1917, linh mục quản lý của MEP tại Viễn Đông là cha Nicolas Couveur đã đến Đà Lạt với mục đích tìm nơi nghỉ dưỡng cho các giáo sĩ và đã cho xây dựng một dưỡng viện giáo đồ nay là một phần của nhà xứ. Vào cuối tháng 4/1920, Giám mục Quinton (Giám quản Tổng tại Sài Gòn) ban quyết định thành lập Giáo phận Đà Lạt.
Nhà thờ chính tòa Đà Lạt hiện nay được chính thức khởi công vào 9 giờ sáng chủ nhật ngày 19/7/1931 do giám mục Coloban Dreyer (khâm sứ Tòa Thánh tại Đông Dương và Thái Lan) đặt viên đá đầu tiên. Được xây dựng theo đồ án của linh mục Cesleste Nicolas, cha sở lúc bấy giờ thiết kế theo “kiểu mẫu” của các nhà thờ Công giáo Rooma ở Châu Âu, tiêu biểu cho trường phái kiến trúc Roman. Công trình được xây dựng trong suốt 11 năm.
Mặt bằng nhà thờ theo hình chữ thập (giống thánh giá) có chiều dai 65m, rộng 14m, tháp chuông cao 47m. Với độ cao đó, từ tháp chuông của nhà thờ có thể nhìn thấy mọi nơi của thành phố. Cửa chính của nhà thờ hướng về núi Langbiang.
Nội thất thánh đường gồm 3 gian: 1 gian lớn ở giữa và 2 gian nhỏ ở hai bên. Mặt cắt công trình thể hiện rõ hệ cuốn theo dạng cung nguyên với dãy cuốn và hệ vòm nôi. Các cột trong nội thất có hệ đầu cột mô phỏng dạng cổ điển kết hợp với tụ phát. Cả mặt bằng và mặt đứng đều được thiết kế đối xứng nghiêm ngặt theo lối cổ điển.
Mặt đứng với phần tháp chuông vươn cao. Những đường nét, chi tiết trên mặt đứng hoàn toàn phỏng theo nguyên gốc của các kiểu mẫu Châu Âu. Cửa sổ có vòm cung tròn, các đường nét mạnh mẽ, dứt khoát, tổ chức theo phân vị đứng, mái lợp ngói thạch bản, đặc biệt là tỷ lệ giữa các mảng khối rất hài hòa và chặt chẽ. Phần áp mái trang trí bằng 70 tấm hính màu do xưởng Louis Balmet ở Grenoble (Pháp) chế tạo, làm cho khung cảnh thánh đường thêm phần huyền ảo. Tường chịu lực xây dựng bằng gạch đá dày khoảng 30 – 40 cm. Trên tường trong nội thất được gắn các bức phù điêu với kích thước 1m x 0.8m, làm bằng vật liệu xi măng và sắt (do nhà điêu khắc Xuân Thi thể hiện). Riêng phần tường ngoài luôn được quyets sơn màu hồng, càng tôn thêm sự trang nghiêm của một công trình kiến trúc tôn giáo.
Trên thánh giá có tượng một con gà (cách mặt đất 27m) bằng hợp kim nhẹ rỗng bên trong được tráng phủ một lớp hóa chất đặc biệt đồng dài 0.66m, cao 0.58m quay quanh một trục bạc đạn để chỉ hướng gió.
Vào dịp lễ Giáng sinh hàng năm, nơi đây thu hút rất nhiều người cả trong và ngoài đạo đến dự lễ tham quan.
