La catedral fue inicialmente construida en 1251 por el entonces Gran Duque Mindaugas en el sitio de un templo pagano. Devuelto al uso pagano después de la muerte de Mindaugas en 1263, la iglesia fue devuelta a la Iglesia Católica en la conversión oficial del país al cristianismo en 1387.

El edificio actual, el cual poco tiene que ver con la estructura original, data de alrededor de 1419, con las modificaciones y adiciones introducidas posteriormente. Su actual estilo neoclásico, es en gran parte debido a la labor del primer verdadero arquitecto de Lituania, Laurynas Stuoka Gucevičius (1753-1798), responsable de una serie de edificios notables de la ciudad.

De nave más bien plana, contiene once capillas, destacándose la gran capilla barroca de San Casimiro (1458-1484), santo patrono de Lituania.

Construida en 1636 para albergar sus restos, la capilla es uno de los tesoros nacionales del país. Las tres estatuas de los santos. Estanislao, Helena y Casimiro en el techo, supuestamente representaban a Polonia, Rusia y Lituania, son de 1997, copias de los originales del siglo XVIII que fueron destruidas por los soviéticos en 1950, año en que el edificio fue confiscado a los católicos.

Pasó varios años como galería de arte e incluso como un taller de reparación de automóviles. Fue devuelta a la Iglesia Católica el 22 de octubre de 1988, y re-consagrada el 5 de febrero de 1989.