Vilniaus katedra turi daugiau kaip šešių šimtmečių istoriją. Šioje šventovėje saugoma daugybė religinių, meno ir istorinių vertybių, kurios svarbios ne tik Vilniaus, bet ir visos Lietuvos žmonėms. Religinis, kultūrinis ir istorinis paveldas — tai prieš mus gyvenusių žmonių palikimas, susijęs su mūsų krašto tikėjimo istorija.

Vilniaus katedros pastatas pailgo stačiakampio plano, simetriškos kompozicijos, turi gotikos (pagrindinės pastato dalies mūras), renesanso, baroko (Šv. Kazimiero ir Valavičių koplyčios) stiliaus bruožų. Lauryno Stuokos-Gucevičiaus rekonstruota katedra — didingas, darnus ir monumentalus klasicizmo stiliaus halinis trijų navų pastatas, vidurinė platesnė, o dvi šoninės siauresnės. Navos atskirtos pilioriais, dengtos kryžminiais skliautais.

Katedros interjero erdvinė struktūra gotikinė, tačiau interjero puošyba klasicistinė. Lauryno Gucevičiaus sumanytoji taurios ir aiškios architektūros šventovė turėjo atspindėti Apšvietos epochai priimtiną religiją — nuosaikią, protingą, ugdančią pilietines dorybes. Katedros interjero erdvę į tris navas dalija masyvūs pilioriai, sienas skaido dorėninio orderio piliastrai, tarp jų įsiterpia šoninių koplyčių portalai su trikampiais frontonėliais. Šventovės lubas pagyvina laurų girliandomis dekoruoti skliautai ir rozetėmis puoštos arkos. Prie rytinės katedros sienos įrengtas didysis altorius atkartoja klasicistinio portalo architektūrą, jo timpane dieviškosios Apvaizdos ženklas (akis), viršuje — Nukryžiuotasis (1805 m.).

Katedroje yra vienuolika koplyčių šonuose, zakristija, dviem šoniniais įėjimais pietinėje ir šiaurinėje pusėje ir portiku vakarinėje dalyje. Rytinėje statinio dalyje simetriškai pastatyta Šv. Kazimiero koplyčios ir zakristijos kupolai su žibintais. Abiejuose katedros šonuose architektas pastatė po kolonadą, kurių frizai pratęsia Šv. Kazimiero koplyčios ir zakristijos frizų motyvą, tokiu būdu šiuos statinius suvienija su naująja katedra. Prie katedros stovi varpinės bokštas (57 m aukščio).