A mediados del siglo XIX, el obispo de la arquidiócesis de San Luis Potosí, don Ignacio Montes de Oca, manifestó la necesidad urgente de demoler la que entonces era la parroquia de Matehuala debido a que ésta presentaba un estado de deterioro y que amenazaba con derrumbarse.

Tras haberse derribado se encargó al arquitecto italiano Adamo Boari, constructor oficial del general don Porfirio Díaz, presidente de México, la construcción del nuevo templo. Sin embargo, Boari tenía varios proyectos en construcción, como el Palacio de Bellas Artes, por lo que no pudo hacerse cargo directamente de la obra. Realizó el proyecto tomando como modelo la iglesia de Saint Joseph de Brotteaux de Lyon, construida por Gaspar André en el mismo siglo XIX.

La primera piedra se puso en 1906 con leves variantes en sus dimensiones. La nave norte fue el primer cuerpo en ser terminado y en ser usado para las celebraciones religiosas, conocido por los matehualenses como «la nave».

El arquitecto Manuel López Torrija fue el encargado de realizar el plan de construcción, cuya cimentación fue realmente imponente, pues se emplearon enormes bloques de piedra azul. Así comenzó esta obra que no tardó en ser suspendida por causa de la Revolución.

Fue hasta la época del arzobispo Tritschler, en los años 1930, quien retomó el interés por reanudar las obras, determinando la utilización de piedra artificial, ya que consideró que si se hubiera esperado a llevar piedra natural a Matehuala, como muchos sugerían, el templo no se hubiera continuado, otro problema con el que se enfrentó el obispo fue que los planos del proyecto se encontraban perdidos o quizá destruidos, pero el obispo recurrió a sus amigos arquitectos cuando era profesor en el Seminario Conciliar de México, y estos reconocieron los planos como existentes en la Academia de San Carlos y en Lyon, Francia, en un proyecto muy similar al de Matehuala. Con estos elementos el arzobispo encargó al arquitecto Jorge de María y Campos la continuación de las columnas dobles, los arcos y cupulas del templo.

A mitad del siglo XX se terminó la primera fase de su construcción al finalizarse el altar, la nave sur y los laterales. La catedral aún no se encuentra terminada y se están construyendo las torres de la fachada principal.

El 28 de mayo de 1997, la parroquia de la Inmaculada Concepción de Matehuala, fue elevada a la categoría de catedral en una carta del papa Juan Pablo II al episcopado mexicano, en la cual el máximo representante de la Iglesia católica en el mundo daba fe para que se fundara la Diócesis de Matehuala teniendo como sede la parroquia de la Inmaculada Concepción, que a su vez sería ascendida al grado de catedral.

1906-