El primer antecedente de la actual iglesia fue la capilla construida en 1849 de piso de adobe, techo de paja y paredes de madera. Esta fue construida por orden del presbítero José María del Campo y es allí donde se colocó la imagen en un bloque de quebracho de la Virgen Inmaculada Concepción. Esta fue obsequiada en 1831 por los soldados del caudillo Facundo Quiroga a una lugareña de la zona que les dio alojamiento y comida, escondiéndola en las orillas del río Gastona.[1][2]
Posteriormente en 1857 arribó a La Ramada (antecesora del hoy Concepción) el padre Carlos Juangorena, iniciando las obras para construir una nueva capilla en 1858 hasta 1865. Esta constaba de tres naves, dos torres, dos sacristías, 32 bancos y pila bautismal de mármol. En 1877 fue elevada a viceparroquia y en 1904 a parroquia. En 1907 se comenzó la construcción del actual templo, siendo inaugurado en 1911 y obra del arquitecto Alberto Pelsmaekers. En 1963 fue erigida canónicamente por orden del papa Pablo VI como sede de la Diócesis de la Santísima Concepción.[3][4]
La catedral presenta en el acceso principal un campanario cuadrado flanqueado por el ingreso al coro y por el baptisterio. Dos paños en retroceso completan la fachada, que al ser remodeladas años más tarde, se antepuso un frontis con arcadas de medio punto que marcan los accesos secundarios, y sobre el nivel superior una triple hilera de arcadas separadas por pequeñas pilastras. Esta ampliación sumó a su interior, dos naves laterales más bajas que le otorgaron el esquema basilical; cielorraso resuelto con bóvedas de arista, crucero y ábside poligonal en la cabecera.[2]
Además de la imagen de la Inmaculada Concepción tallada en madera de 1831 ubicada en el altar, hay una Virgen Niña, una Virgen del Rosario, una Santa Ana, un San Francisco y un ángel modelado en barro, pertenecientes a las anteriores capillas existentes. Además se hallan una piedad realizada en cerámica policromada y un Cristo Yacente, datados ambos de la época colonial. En 2008 el arzobispo de Buenos Aires Jorge Bergoglio, luego convertido en Papa Francisco, visitó y participó de una misa en esta catedral.[5]