Este bello edifico se levanta en el mismo lugar donde estuvo la primitiva iglesia parroquial de San Luis, una rudimentaria ermita de adobe y techo de tejamanil, en la que el primer párroco de la ciudad, don Andrés Nieto, empezó la administración de los sacramentos, en mayo de 1593.

Este segundo templo en 1603, a su vez, fue demolido en 1670, para dar lugar a la iglesia actual, colocándose la primera piedra en ese mismo año. En 1701 el maestro de arquitectura Nicolás Sánchez dirigía la construcción. En 1730 se bendijo solemnemente. La nueva iglesia parroquial se construyó de cal y canto, de orden dórico, con dos series de pilastras y tres naves. Al erigir Pío IX la diócesis de San Luis Potosí, la iglesia parroquial fue elevada al rango de Catedral en 1854, para lo que se le hicieron fundamentales transformaciones.

En 1896, con motivo del jubileo episcopal del Ilmo. Sr. Montes de Oca, él mismo mandó decorar totalmente el interior y poner el actual pavimento. Más tarde, para el primer centenario de la independencia, construyó la torre del lado norte, de cantera gris, copia exacta de la ya existente en el lado sur; cambió las estatuas de los Doce Apóstoles, que eran de piedra y defectuosas, que adornaban los nichos de la fachada y las sustituyo con las actuales, de mármol de Carrara. Las esculpieron allá mismo los Hnos. Biagi, y son copia de las colosales estatuas barrocas existentes en el interior de la Basílica de San Juan de Letran, en Roma, aunque de menores proporciones, se colocaron en noviembre de 1906,   las estatuas que ocuparon inicialmente los nichos de la fachada fueron colocadas en el pretil del lado sur y en el posterior, por lo que la gente dice que “en la Catedral de San Luis Potosí existen 24 apóstoles.

Fachada: de cantera rosa, sufrió algunas modificaciones a principios de siglo, cuando se construyó la torre norte. Los cubos de las torres se cubrieron con cantera, en el frente; se arreglaron los marcos de las mismas, se corrigieron los nichos, etc. La fachada presenta una interesante modalidad barroca en forma de biombo.

El interior: está divido en tres naves: la central, con ocho bóvedas, y las dos laterales, con siete. Las tres naves llegan hasta el muro de la calle de Morelos. La antigua decoración de 1896, obra de los italianos Claudio Molina y Giuseppe Compiani (decorador éste de algunos palacios en Constantinopla, Rusia, Alejandría y California), fue restaurada en 1954, por el decorador Francisco Ramírez. Se respetó únicamente la decoración de las bóvedas, renovándose la pintura. A los muros se les dio un color claro y se raspó toda la cantera de los pilares, arcos y altares que estaba pintada, resaltando los labrados con hoja de oro.

Entrando, a la derecha, está el sepulcro y monumento del Ilmo. Sr. Montes de Oca, es un hermoso mausoleo en estilo del renacimiento de mármol de Carrara y estuco.

En la nave principal: al pie de las dos primeras pilastras, las esculturas de San Sebastián y de San Luis Rey de Francia, ambas de procedencia francesa, de la Maison Raffl, de París, traídas como decoración para la escalera monumental de su residencia por el Obispo Ignacio Montes de Oca y Obregón (actual Centro Cultural Palacio Municipal.

Sacristía: hay varias pinturas: la muerte de San José, los Siete Sacramentos, de Páez, Santo Domingo, Señor de la Columna, San Nicolás de Bari, de Nicolás Rodríguez Juárez, Santa Rosa, de Patricio Morlete, un óleo representando al Pbro. Ambrosio Rivera de Peredo, quien dirigió las obras de la transformación de la Catedral. Entre los retratos al óleo de los obispos, destaca el del Ilmo. Sr. Montes de Oca, del italiano Erulo Eroli, que el Prelado tenía en su biblioteca particular en su Residencia Episcopal.