Początki budowli sięgają 1000 roku. Nowo utworzone biskupstwo wrocławskie musiało mieć katedrę, niestety na jej temat wiemy bardzo niewiele; na pewno musiał to być kościół murowany, najprawdopodobniej skromna bazylika z dwiema wieżami, znajdująca się w miejscu gdzie stoi obecna „matka kościołów śląskich”.
Po śmierci Mieszka II, nawrocie do religii pogańskich oraz najeździe czeskim księcia Brzetysława na ziemie polskie (lata trzydzieste wieku XI) wrocławski Ostrów Tumski zostaje zniszczony, kościoły spalone, odbudowa katedry to czasy Kazimierza Odnowiciela. W połowie wieku XII na miejscu poprzedniej budowli powstaje kamienna katedra romańska, zwana Walterowską. Była to trójnawowa bazylika z obejściem z dwiema wieżami, na planie kwadratu.
Wiek XII to rozpoczęcie budowania następnej katedry, tym razem gotyckiej. Aktu poświęcenia budowy nowej świątyni dokonał w roku 1272 biskup Tomasz, natomiast zakończenie prac budowlanych przypisuje się biskupowi Precławowi z Pogorzeli , w drugiej połowie wieku XV. W roku 1373 roku katedra otrzymała zegar. Przez następne setki lat kolejni gospodarze świątyni dokonywali zmian, największe to zbarokowizowanie budowli w wieku XVIII za rządów biskupa Franciszka Ludwika Neuburga. Dobudowano wtedy kaplice: Najświętszego Sakramentu, Elektorską, św. Elżbiety oraz kaplicę Zmarłych. Katedra uległa poważnym zniszczeniom podczas wielkiego pożaru Ostrowa Tumskiego w czerwcu 1759 roku. Remonty i naprawy trwały przez cały wiek XIX, w tym czasie przebudowano ją również w stylu neogotyckim.
Podczas oblężenia Wrocławia w roku 1945 na terenie wyspy Piasek przylegającej do Ostrowa Tumskiego od dnia 14 marca funkcjonowało dowództwo twierdzy pod dowództwem generała Hermana Niehoffa. Chcąc zniszczyć punkt dowodzenia oraz osłabić obrońców dowództwo wojsk radzieckich wydaje rozkaz o przeprowadzenie nalotów dywanowych na miasto. W dniach 1. i 2. Kwietnia 1945 roku 750 samolotów bombarduje stolicę Dolnego Śląska. Katedra legła w gruzach. Zniszczenia sięgały 80 procent. Kościół spłonął, wieże się zawaliły. Po zakończeniu działań wojennych liczne były głosy, aby katedry nie odbudowywać, zostawić ruiny ku „przestrodze dla przyszłych pokoleń”. Na szczęście podjęto decyzję o odbudowie świątyni. Hełmy katedry stanęły na wieżach 14 sierpnia 1991 roku.