Sua construção foi iniciada em 1761, e a fachada concluida em 1816. Antigamente era ligada ao convento do Carmo por uma pequena ponte por onde passava a familia imperial para seus ofícios.
Foi transformada em Capela Imperial em 1822 e, com a República, em 1889, passou a condição de Catedral Metropolitana do Rio de Janeiro. Nela foram coroados e sagrados os dois Imperadores do Basil.
Em 1903, Foram trazidos de Portugual os restos mortais de pedro Alvares cabral. descobridor do Brasil, e se encontram em uma lápide, no corredor que liga a igregreja à sacristia.