Świątynia powstała na przełomie XIII i XIV wieku jako kościół parafialny. W XVII wieku wybudowany został specjalny korytarz łączący Zamek Królewski z kościołem.

Szczególne zasługi dla rozwoju kościoła miał, znany ze ślusarskich umiejętności, Zygmunt III Waza, który nie tylko projektował fragmenty jej wnętrza, ale nawet sam je wykonywał.

Katedra była również "świadkiem" odradzania się państwa polskiego. Właśnie w jej murach odprawione zostało nabożeństwo poprzedzające otwarcie prac Sejmu Ustawodawczego 10 lutego 1919 roku.

W czasie Powstania Warszawskiego hitlerowcy postarali się, by nie został ze świątyni kamień na kamieniu.
Wprowadzili do niej i wysadzili bezzałogowy czołg. 550-letni kościół przestał praktycznie istnieć. Przetrwała tylko Kaplica Baryczków, a wraz z nią szczególnej wartości XVI-wieczny krucyfiks. Archikatedrę odbudowano po wojnie, jednak - ze względu na opór komunistów - nie przywrócono jej przedwojennych kształtów.

To z jej ambony prymas Stefan Wyszyński kierował do narodu słowa, które pozwoliły przetrwać Polakom okres komunizmu.

Właśnie od archikatedry warszawskiej papież Jan Paweł II rozpoczął swą pierwszą pielgrzymkę w Polsce w 1979 roku. Później odwiedzał ją jeszcze w: 1983, 1987, 1991 i 1999 roku.