Cùng với bác sỹ Alexandre Yersin khám phá ra Đà Lạt, có linh mục Robert thuộc Hội Linh mục Thừa sai Paris (MEP) vào năm 1893. Đến 1917, linh mục quản lý của MEP tại Viễn Đông là cha Nicolas Couveur đã đến Đà Lạt với mục đích tìm nơi nghỉ dưỡng cho các giáo sĩ và đã cho xây dựng một dưỡng viện giáo đồ nay là một phần của nhà xứ. Lịch sử Nhà thờ chính tòa Đà Lạt gắn liền với lịch sử hình thành và phát triển của thành phố Đà Lạt.

Nhà thờ được xây dựng từ năm 1931 đến 1942, có chiều dài 65m, chiều rộng 14m và cao 47m. Với độ cao đó, tháp chuông của nhà thờ có thể được nhìn thấy từ nhiều nơi trong thành phố. Mặt đứng với phần tháp chuông vươn cao. Những đường nét, chi tiết trên mặt đứng hoàn toàn phỏng theo nguyên gốc của các kiểu mẫu châu Âu. Cửa sổ có vòm cung tròn, các đường nét mạnh mẽ, dứt khoát, tổ chức theo phân vị đứng, mái lợp ngói thạch bản, đặc biệt là tỷ lệ giữa các mảng khối rất hài hoà và chặt chẽ.

Phần áp mái trang trí bằng 70 tấm hính màu do xưởng Louis Balmet ở Grenoble (Pháp) chế tạo, trên thánh giá có tượng một con gà (cách mặt đất 27m) bằng hợp kim nhẹ rỗng bên trong được tráng phủ một lớp hóa chất đặc biệt đồng dài 0.66m, cao 0.58m quay quanh một trục bạc đạn để chỉ hướng gió. Tường chịu lực xây dựng bằng gạch đá dày khoảng 30 – 40 cm. Trên tường trong nội thất được gắn các bức phù điêu với kích thước 1m x 0.8m, làm bằng vật liệu xi măng và sắt (do nhà điêu khắc Xuân Thi thể hiện). Riêng phần tường ngoài luôn được quét sơn màu hồng, càng tôn thêm sự trang nghiêm của một công trình kiến trúc tôn giáo. Cửa chính nhà thờ hướng về núi Langbiang. Nội thất thánh đường gồm 3 gian: 1 gian lớn ở giữa và 2 gian nhỏ ở hai bên. Mặt cắt công trình thể hiện rõ hệ cuốn theo dạng cung nguyên với dãy cuốn và hệ vòm nôi. Các cột trong nội thất có hệ đầu cột mô phỏng dạng cổ điển kết hợp với tụ phát. Cả mặt bằng và mặt đứng đều được thiết kế đối xứng nghiêm ngặt theo lối cổ điển.