Piatra de temelie a fost pusa de episcopul Inochentiu Micu Clain in anul 1738, ca urmare a mutarii sediului Episcopiei de la Fagaras la Blaj. Inochentiu Micu Clain incheie un contract cu arhitectul vienez Anton Eckhard Martinelli.
In anul 1742 cladirea catedralei este aprope terminata in interior, iar in 1749 se finiseaza exteriorul. Slujbele nu incep decat in 1765, deoarece iconstasul nu era terminat.
In anul 1837, sub episcopul Ioan Lemeny, biserica sufera transformari radicale, adaugiri ce-i vor da forma de astazi.
O piesa de o deosebita valoare artistica este iconostasul, despre care Nicolae Iorga spunea ca este unul dintre cele mai mari si mai frumoase din tara. A fost lucrat in lemn de tei de catre mesterul tamplar Aldea din Targul Mures, intre anii 1749-1765.
In Catedrala Sf. Treime din Blaj, la 2/14 mai 1848, si-a rostit epocalul discurs Simion Barnutiu, cu o zi inainte de Marea Adunare de pe Campia Libertatii.
