A Fehérvárt alapító Géza nagyfejedelem (992-997) a mai székesegyház közvetlen közelében építtette templomát. A négykaréjos, centrális templom, mint a város első temploma 997-már állt, hiszen oda temetkezett a fejedelem. Alapfalait 1971-ben tárták fel.

Később a város plébániatemplomává lett, mivel Szent István új templomot, bazilikát és királyi szálláshelyet létesített a mai romkert területén.

IV. Béla a mai székesegyház helyén alapította 1235-ben a Szent Péter és Pál apostolok templomát, itt is koronázták meg. A Géza-kori templomot lebontották.

A városi plébániatemplomot megkülönböztetett tisztelettel övezték: az itt megkoronázott király itt kezdte meg működését. A már akkor is katedrálisi ranggal bíró templom román-kori bővítéséről keveset tudunk, a gótika a tornyokon látható ablaktöredékekben hagyta vissza nyomát.

A török alatt dzsámiként használták, mint ahogyan imaház volt a katedrális szomszédságban álló, a város egyetlen, épségben megmaradt gótikus emléke, a Szent Anna kápolna.

A hódoltság utáni időben a jezsuiták kezelésében volt, 1688 és 1742 között gyakran javítgatták állapotát, mígnem a déli tornya le nem dőlt. Két év alatt (1743-1744) építette újjá a tornyot az északi, meglévő mintájára Paul Hatzinger. Néhány évvel később, tízévi munkával (1758-1768) Martin Grabner építette át barokk stílusban.

Amikor 1777-ben a püspökség megalapításával székesegyházi rangra emelkedett az addigi városi plébániatemplom, Mária Terézia a Raguzából visszahozott Szent István fejereklye őrzését bízta a székesegyházra.

A tornyokat magasították (1805-1815), a toronysisakok valószínűleg ekkor nyerték el mai alakjukat. A 19. században többször esett át különböző restaurálásokon, még freskóit is átfestették.

Az 1935-1938 között végzett restaurálások a középkori részleteket is bemutatták.

A második világháborúban súlyos károsodások érték a székesegyházat, freskói is megsérültek.

1983-ban leszakadt a déli torony párkánya. Ekkor elkészítették a mindenre kiterjedő fejújítás költségbecslését, kellő anyagiak hiányában csak állagvédelmi munkákra kerülhetett sor, de felújították a főhomlokzat szobrait, és megjavították a toronyórát, kicserélték a toronysisakok rézlemezes fedését.

A szabadonálló, keletelt templom főhomlokzatát a két hatalmas torony uralja, amelyek lábazatát a főpárkányig felnyúlóan két - két falpillér tagolja. A tornyok között, ugyancsak magasra nyúló falpillérek között nyílik a mozgalmasan kialakított kosárív végződésű kapuzat, szemöldökpárkánya fölött íves záródású mezőben a város rokokó stílusú címerével, koronázó párkányán rokokó kővázákkal. A tornyok között teraszt alakítottak ki, amelyet fonatos kőrács zár le, és három posztamensen Szent István, Szent László és Szent Imre szobra áll, Huber János Pál művei, 1768-ból. A terasz mögött a templomhajó végfalát íves oromzat zárja le.

A tornyokat a főpárkány fölött magas lábazatról induló páros, korinthoszi fejezetű falpillérek tagolják. Innét indul az órapárkány, majd a négyszög alaprajzú tornyot három részes, magas lanternával kialakított toronysisak zárja le.

Az oldalhomlokzatokon faltükrök között helyezkednek el a szimmetrikus nyílások. Szembeötlő a hatalmas, hegedűablakra emlékeztető ablak az északi és a déli homlokzaton. A templom déli homlokzata körül kialakított terecskén áll a városalapító Géza nagyfejedelem szobra, (Meszlényi János műve) az északi homlokzaton pedig az 1956-os forradalom és szabadságharc emlékezetére állított modern vonalú fa-feszület, és emléktábla. A szentély mögött, a térről nyílik bejárat az altemplomba.

A székesegyház karzata alatt az északi oldalon a Szűz Mária kápolnát, vele szemben a Szent István kápolnát képezték ki. Ennek hátfalán, fülkében a Szent István fej-ereklyetartójának Szász Gyula által készített márvány másolatát helyezték el. A kápolnát 1779. augusztus 19-én szentelték fel, itt mutatták be a hermát. Oltárán szép vörösmárvány tabernakulum áll. A Szűz Máriáról nevezett kápolnában vörösmárvány keresztelőkút áll.

A karzat mellvédjét fakorlát övezi. Boltozatán 1866-ból származó, Szent Cecíliát ábrázoló freskó.

A hajóban mély ablakfülkékben helyezték el a mellékoltárokat, az evangéliumi oldalon Nepomuki Szent János majd Szent Imre, a lecke oldalon Szent Anna majd Szent László oltárait. A szószék az evangéliumi oldalon helyezkedik el.

A szentélyt félgömbkupola fedi, oldalait sekrestyékkel, azok fölött nyitott oratóriumokkal. A szentély ékessége a Franz Anton Hillebrandt császári főépítész által tervezett főoltár, amelyet Mária Terézia megbízásából 1775-ben alkotott. A főoltár képét Vinzenz Fischer festette (1775), a térdeplő Szent Istvánt ábrázolja, amint felajánlja az ország koronáját Szűz Máriának. A főoltár menzája Schultz Pál asztalos munkája 1772-ből. A tabernakulumot adoráló angyalok fogják közre. A szentélyt a hajótól finom faragású vörösmárvány áldoztató korlát választja el, Georg Johann Mes tatai kőfaragó alkotta.

A boltozatot fedő freskók mestere Franz Anton Cimbal volt. A szentély freskóján a megdicsőült Szent István térdel a Szentháromság előtt.

A második boltozaton Szent István, mint egyházalapító tűnik fel, első püspökségének alapítólevelét adja át a főpapoknak. Az első boltszakaszon a pogányság felett győzedelmeskedő, keresztény dinasztiát alapító királyt látjuk.

A hajó padjait barokk ornamensek, elő- és hátlapjait a város címerei díszítik.

Az altemplomban a szentély alatt háromhajós, dongaboltozatos Szent Sír kápolnát alakítottak ki. A kriptarészben a székesfehérvári püspökök között 18. századi személyek is nyugszanak.

Az altemplom nevezetessége a III. Béla és felesége, Antiochai Anna márványkoporsói, melyeket 1848-ban tárt fel dr. Érdy János régész. A lelet jelentősége, hogy az Árpád-házi királyok közül egyedül ezek maradtak fenn számunkra bolygatatlanul, és a márványkoporsó fenéklapja a testek bomlása során kialakult vegyhatások következtében megőrizte az elhunytak körvonalait. A király és királyné végső nyugalmat Ferenc József kezdeményezésére a budapesti Nagyboldogasszony Főplébániatemplom (más néven: Koronázó Főtemplom, Mátyás templom) altemplomában lelt 1898. október 21-én.

A katedrális szentélye hátfalán építették fel az I. Világháborús Hősök emlékművét. Pásztor János szobrászművész és Hikisch Rezső építész 1927-ben kapott megbízást a várostól az alkotás elkészítésére, miután a pályázatokat elbíráló bizottság közös művűket tartotta kivitelezésre érdemesnek. A kompozíciót 1929 áprilisában vették át a művészektől, és még azon év nyarán fel is avatták. Ezt követően évente május első vasárnapján istentisztelet és ünnepség keretében emlékeztek meg a hősökről.

A Szent Imre év alkalmából megbízták Pásztor Jánost a Névtelen Katona szobrának elkészítésére, amelyet 1939-ben avattak fel. Az 1950-es években tilos volt az emlékmű koszorúzása, és az I. világháborús emlék ápolása is.

1956-ban tartottak hosszú szünet után ismét tartottak megemlékezést.

Az 1960-as évek elején a Névtelen Katona szobrát eltávolították, a katonai köztemetőben hevert összetörve egészen az 1989. szeptemberben 16-án tartott újraavatásáig és eredeti helyén való felállításáig.

Buzinkay Géza: Kő se mutatja helyét. Corvina. Bp., 1986

Bartucz Lajos: A székesfehérvári bazilika csontvázainak embertani jelentősége. = Székesfehérvári Szemle 1935/1-2. III. Béla király és hitvese Antiochiai Anna emlékezete. K. n. Bp., 1898

Cs. Dobrovits Dorottya: Székesfehérvár. Székesegyház. A TKM Egyesület kiadása. Bp., 1982.

Dercsényi Dezső: A székesfehérvári királyi bazilika. Műemlékek Országos Bizottsága. Bp., 1943

Érdy János: III. Béla király és nejének Székes-Fehérvárott talált síremlékei. = Kubinyi Ferenc - Vahot Imre (szerk.): Magyarország és Erdély képekben I. kötet. Emich Gusztáv könyvnyomdája. Pest, 1853. (ÁKV reprint).

Éri István (szerk.) Magyar székesegyházak. A TKM Egyesület kiadása. Bp., 1989

Fitz Jenő: Székesfehérvár. Képzőművészeti Alap Kiadóvállalata. Bp., 1957

Fitz Jenő: Séta a régi Székesfehérvárt. A Fejér megyei Múzeumok Igazgatósága kiadása. Székesfehérvár, 1966.

Forster Gyula: Schulek Frigyes t. tag emlékezete. MTA. Bp., 1925

Genthon István: Magyarország művészeti emlékei 1. Dunántúl. Képzőművészeti Alap Kiadóvállalata. Bp., 1959.

Gergely Anna: Adalékok a legújabb kori szoborkultuszok történetéhez. Egy székesfehérvári I. világháborús emlékmű rehabilitációja. = Pavilon, 1994/9.

Horler Miklós - László Csaba (szerk.): Magyar műemlékvédelem X. Országos Műemlékvédelmi Hivatal. Bp., 1996

Kristó Gyula - Makk Ferenc (vál.): III. Béla emlékezete. Magyar Helikon. Bp., 1981

Magyar Művészet 1930/7. (Szerk.: Majovszky Pál). Athenaeum. Bp., 1930

Marosi Arnold: Székesfehérvár műemlékei. A Fejérvármegyei és Székesfehérvári Múzeumegyesület kiadása. Székesfehérvár, 1927.

Mesterházi Jenő: A budavári Koronázó-Főtemplom és altemploma. Szerzői kiadás. Bp., 1938

Polgár Iván: A székesfehérvári bazilika múltja. Szerzői kiadás. Székesfehérvár, 1936

Say Géza: A barokk Székesfehérvár. Officina. Bp., 1938

Say Géza: Székesfehérvár. Officina. Bp., 1944

Somogyi Antal: Székesfehérvár. Officina. Bp., 1939

Török Aurél: III. Béla magyar király és neje testereklyéiről. MTA. Bp., 1893

Ujházi György (ö. á.): Szent István léptei nyomában. Budapest Székesfőváros kiadása. Bp., 1941

Tóth Károly: Székesfehérvár. K. n., h. n., é. n.