1624年比利时籍耶稣会士金尼阁（ Nicolaus Rrigault）继艾儒略之后，由开封来山西，在绛州定居，并建一小教堂，这是山西有天主教堂的开端。因此，金尼阁也被誉为是山西天主教内的首任本堂神父。金在绛州仅一年，1625年调往陕西。 

1625年，意大利耶稣会士高一志（Alfonso Vagnoni）神父受韩霖、段衮邀请，定居绛州，并建立天主教会。高原来依其圣名Alphonsus，取中文名字王丰肃，字一元，又字泰稳。1604年来华，传教于广东韶州、南京一带。因在南京修建西式教堂，奖十字架，遭到当地民众反对，被捕下狱。未几，又被驱逐至澳门，在途历尽艰险。1625年，王改名高一志，再度进入内地，旋被调来绛州。高一志利用韩霖、段衮等人的社会影响力，并以其“西学修身”、“西学齐家”、“西学治平”之道，与士大夫广交，取得了绛州刺史雷翀的支持。雷刺史带头受洗入教，并发出告示，劝民信教，因而教务大兴。高一志又于1631年（崇祯四年）应致仕归里的原内阁大学士韩爌（字象云，蒲州人。官至相位，在北京与徐光启、汤若望熟识，闻道而奉教，且很虔诚。）之请，赴蒲州府（今永济县）开教，并在该地修建了住院。高一志在绛州一带传教，前后共15年，授洗人数达8000名之多，被誉为“山西宗徒”。崇祯十三年（1640年），高一志卒于绛州，就葬于绛州城西的段家庄，即段衮之故乡，俗名高崖坟。在明末清初的传教士中深受教友及教外人爱戴的，除利玛窦之外，或首推高一志神父（相关资料详见https://baike.baidu.com/item/高一志/9757528?fr=aladdin）。

1936年5月25日，罗马教廷从潞安府代牧区分出22县、17,000平方公里，册立绛州为宗座监牧区，定新绛为主教（府）座堂，隶属荷兰方济会传教区，奉天主教圣人安多尼为教区及座堂主保，任荷兰籍方济会士孔昭明（Father Quintinus Pessers, O.F.M. † 1896年10月4日－1983年）为监牧主教。当是时，主教府面积60亩，房产200多间，座堂成立有修道院、修女院、保赤会、养老院、首善安道学校及公教进行会。

1937年，孔主教母亲为祝贺儿子荣晋监牧主教，独资赞助黄金45公斤在主教府内兴建一座哥特式建筑风格的大型主教座堂。

教堂于1940年竣工，教堂总长52米，宽26米，跨度25米；殿高22米，双尖钟楼高43米；占地面积1037平方米，建筑面积1350平方米。

该教堂是一座中西合壁的建筑，正面是哥特式双塔建筑，以尖顶为特色，两侧钟楼高约43米，中为三角屏风式建筑。主体建筑屋顶形式采用中国歇山顶灰筒瓦包沟封廓檐形式，屋脊高27米，是中西合璧式教堂建筑。该教堂与青岛圣弥厄尔教堂、上海徐家汇教堂、广州石室圣心大教堂并称全国四大天主教堂，其建筑规模属其中较大者。

教堂建筑雄伟壮观，内部为巨型拱形建筑，无一立柱，代之为九道巨型拱券，设计大胆，独具匠心，造型美观，是研究中西方古建筑的形制、结构以及演变发展的重要实例。因拜访时教堂未开门，以下二图引自网络。

可贵的是，教堂在传统教堂建筑风格上融入了中国元素。一般教堂的俯视往往设计成十字架形状，而这个教堂鸟瞰极似“羊”字型，寓意为“基督的羊栈”，构思极具匠心。可见当时的传教士对中国文化了解很深，并努力发现东西方文化的共同之处。以下五图为网友航拍的天主堂俯瞰图，中西合璧建筑风格和羊字型造型一目了然！

教堂屋顶的砖瓦使用了中国传统的屋顶装饰，墙壁采用了中国传统的砖雕（砌）工艺，使得教堂玲珑剔透，宛如一尊精美砖雕艺术品。