Il progetto iniziale della cattedrale risale alla prima metà dell’Ottocento, opera dell’architetto bolognese Gaetano Ferri. Il protrarsi dei lavori per oltre un secolo (iniziati nel 1847) obbligarono a successivi interventi e modifiche progettuali, per far sì che risultasse essere un tempio adeguato alla costante crescita della popolazione del borgo marinaro. La chiesa fu aperta al pubblico nel 1908, benché i lavori non fossero ancora ultimati. Infatti solo nel nel dopoguerra si portarono a termine la gradinata esterna e la facciata in stile rinascimentale rivestita in travertino ascolano. Nel 1986 l'edificio è stato elevato a Cattedrale. Essa custodisce anche l'"Albo dei caduti civili del Mare", l'elenco dei marittimi sambenedettesi che nei secoli hanno perduto la vita sul lavoro.

L'interno della chiesa è a tre navate, l'abside custodisce un recente affresco di 400 metri quadrati, opera dell'artista francescano padre Ugolino da Belluno, raffigurante le tradizioni marinare della città, assieme alla raffigurazione di Santi locali. La chiesa custodisce anche: un settecentesco dipinto della Vergine della Vittoria con bambino, reliquie dei martiri S. Urbica e S. Illuminato, un bassorilievo scolpito dall'artista Aldo Sergiacomi e un Battesimo di Gesù dell'artista Armando Marchegiani.