Po 1863 m. sukilimo caras uždarinėjo esamas bažnyčias ir neleido statyti naujų. Vargais negalais po ilgų reikalavimų 1904 m. gubernatorius leido statyti bažnyčią pietvakarinėje Panevėžio miesto dalyje. Sudarytas komitetas rinko lėšas, ūkininkai davė žemės ir buvo pradėta statyti trečioji Šv. Stanislovo kankinio bažnyčia, bet rusų - japonų karas statybą sutrukdė. Tik 1908 m., vadovaujant Šv. Petro ir Povilo bažnyčios kanauninkui Mykolui Chodoravičiui, buvo padėti pamatai. Tačiau kanauninkui mirus iškilo įvairių nesklandumų, prasidėjo I pasaulinis karas, o 1919 m. sugrąžinus katalikams Švč. Trejybės bažnyčią nuslopo entuziazmas tęsti naujos bažnyčios statybą. Tuo labiau, kad dabartiniame kunigų name (Katedros a. 7) veikė koplyčia.

Reikalai pakito, kai 1926 m. balandžio 4 d. Pijus XI įsteigė Panevėžio vyskupiją. Naujajai vyskupijai reikėjo Katedros. Pats vyskupas Kazimieras Paltarokas paaukojo 1000 lt ir prašė visų tikinčiųjų "paaukoti nors po vieną litą nuo asmens". Kunigai atsisakė savo pusės metų atlyginimo, paskirdami Katedros reikalams iš viso 60 000 Lt. Architektas R.Steikūnas ir inžinierius Gordevičius gerokai pakeitė planą – padidino bažnyčią ir suprojektavo joje rūsius. 1928 m. statybos komiteto pirmininku išrinktas prelatas P.Strakšas paspartino statybos eigą. 1930 m. kovo 4 d., Šv.Kazimiero dieną, minint Vytauto Didžiojo 500 metų mirties sukaktį, prelatas Jonas Mačiulis-Maironis iškilmingai pašventino Katedrą. Vyskupo K. Paltaroko paprašytas poetas parašė Katedros himną, o kompozitorius prelatas Teodoras Brazys sukūrė muziką. Maironio himnas Kristui Karaliui tebėra aktualus, liudijantis tikėjimo pergalę prieš blogį.

Katedra yra eklektinės architektūros su klasicizmo ir baroko elementais, 55 m ilgio. Trijų navų plotis 27 m, aukštis – 16 m. Inžinierius Pranas Markūnas pastatė 55 m. aukščio gelžbetonį bokštą. Jis yra keturių tarpsnių, kvadratinis, su aštuonių briaunų kupolu ir su poriniais piliastrais. Statinio fasade dominuoja kvadratinis bokštas su aštuonbriauniu kupolu ir su poriniais piliastrais. Šalia bokšto yra dvi 3 m aukščio Panevėžio vyskupijos steigėjų – Šv. Tėvo Pijaus XI ir arkivyskupo Jurgio Matulevičiaus - statulos. Jonėniškų kolonų arkinį portiką gaubia dvi poros korintinių kolonų. Varpinėje yra keturi varpai, išlieti Apoldos mieste Vokietijoje. Plytines sienas dengia dekoratyvinės, tinkuotos cemento plokštės. Katedra dvelkia turtingu puošnumu. Kaip rašo Bronius Kviklys, "portiko frontonas papuoštas reljefiniais kartušais: viršutinis su karališka karūna, o apatinis su vyskupo herbu. Sienų kampuose sugrupuotos apskritų kolonų poros, o kiti sienų paviršiai išsklaidyti plokščiais piliastrais". Pilioriai sujungti puslankių arkomis. Durys ąžuolinės, raižytos. Katedros interjerą praturtino dailininko Povilo Puzino dekoracijos. Jomis dailininkas išreiškia žmogaus kilimą nuo žemės į dangų. Dėl to sienų apačia tapyta tamsesnėmis spalvomis, kylant į viršų spalvos šviesėja, kol lubose pereina į švelniai melsvą. P. Puzinas nupiešė 8 dideles freskas, kurių tematika paimta iš Šv. Rašto.

Virš centrinio altoriaus lubose nutapyta J.Mackevičiaus freska "Stebuklas ties Polocku" pagauna kiekvieno maldininko akį. Jos siužeto pagrindas – Šventojo Kazimiero pasirodymas Lietuvos kariuomenei, kovojusiai su gausesnėmis rusų pajėgomis prie Polocko tvirtovės, ir pagalba jas nugalint. Apačioje, po šiuo 22x14 m apimties paveikslu, Panevėžio vyskupijos dešimties dekanatų bažnyčių vaizdai, simbolizuojantys katedrą kaip vyskupijos bažnyčių motiną.