Magnífica obra de arquitectura colonial americana, su expresión posee cierto eclecticismo, resultante de los sucesivos proyectistas que intervinieron en su diseño y construcción a lo largo de un período muy prolongado, a partir de 1699. No obstante ello la Catedral se caracteriza por su marcado equilibrio y gran armonía. Se trata de la tercera construcción, levantada por decisión de los cabildantes, quienes se propusieron "edificar una iglesia del tamaño que requiere una ciudad tan noble, ilustrada y populosa como ésta", después de haberse desplomado los techos del segundo edificio. Para hacerse cargo de la obra fue llamado el arquitecto José González Merguete, radicado en Bolivia, que amplió el proyecto original, dando al templo tres naves con crucero. Al morir Merguete en 1710, sus sucesores demostraron tan poca pericia que en 1723 se cayeron parte de los muros y los pilares. Seis años después intervino el Hno. Andrés Blanqui, de la Compañía de Jesús, quien realizó el abovedamiento del templo y el pórtico neoclásico. A mediados de siglo el franciscano fray Vicente Muñoz proyectó la hermosa cúpula de corte barroco con soluciones indoamericanas. Se sabe que las torres, del mismo estilo, y autor desconocido, se terminaron luego de la inauguración del templo, que tuvo lugar el 25 de mayo de 1758. El severo exterior contrasta con el interior, ricamente decorado a principios de este siglo bajo la dirección de Emilio Caraffa. Merecen mencionarse el espléndido Sagrario de plata, de 1804, las rejas del pórtico central, verdadera filigrana de hierro batido, y los frescos interiores.