Die erste Kirche, die an diesem Ort errichtet wurde, stammt aus dem 8. Jahrhundert und wurde vom Patriarchen Callisto in Auftrag gegeben. Im Jahr 1348 verursachte ein starkes Erdbeben schwere Schäden, obwohl die Informationen über dieses Ereignis spärlich sind. Ein weiteres Erdbeben am 8. August 1364 verursachte zusätzliche Schäden. Mitte des 15. Jahrhunderts wurde das Gebäude Bartolomeo delle Cisterne anvertraut, um es im venezianisch-gotischen Stil wieder aufzubauen. Die Arbeiten dauerten lange; nach dem Tod des Architekten im Jahr 1480 blieb der Bau unvollständig, und 1502 stürzte eine Säule ein, was den Einsturz eines Großteils der Kirche zur Folge hatte. Kurz darauf wurde Pietro Lombardo mit dem Wiederaufbau beauftragt und schuf die heutige Kathedrale in einem Stil, der gotische, venezianische und Renaissance-Elemente kombiniert. Ende des 18. Jahrhunderts führten die Architekten Giorgio Massari und Bernardino Maccaruzzi eine umfassende Innenrenovierung durch.

Im Juni 1909 erhob Papst Pius X. die Kathedrale in den Rang einer Basilica minor.

Das Innere ist in drei Schiffe unterteilt: das zentrale mit Tonnengewölbe und die beiden seitlichen mit Kreuzgewölbe. Über dem Hauptportal, an der Innenwand der Fassade, befindet sich das Reiterdenkmal von Marcantonio di Manzano, einem cividalesischen Feldherrn, der 1617 während der Belagerung von Gradisca heldenhaft starb. Die Skulptur aus lackiertem Holz wurde 1621 in Auftrag gegeben und von Girolamo Paleario geschaffen. Über den Türen befinden sich vier Gedenktafeln, die an wichtige Momente in der Geschichte des Doms und die Wohltäter, die ihn unterstützt haben, erinnern.

Der Dom beherbergt Werke von großem künstlerischem und historischem Wert, darunter:

•Ein hölzernes Kruzifix aus dem 13. Jahrhundert im linken Schiff.

•Der Altar des Heiligsten Sakraments, 1580 von Ercole und Orazio Liberale geschaffen.

•Die "Pala di Pellegrino II", eines der mittelalterlichen Meisterwerke der italienischen Goldschmiedekunst, bestehend aus 123 getriebenen, vergoldeten Silberplatten, die eine Madonna mit Kind zwischen den Erzengeln Michael und Gabriel sowie Heilige darstellen, wobei der Patriarch Pellegrino II prominent dargestellt ist. Der Stil erinnert an byzantinische Muster mit romanischen Einflüssen.

•Ein "Vesperbild" deutscher Schule aus dem 15. Jahrhundert.

•Eine Madonna auf dem Thron mit Heiligen von Matteo Ponzone (1617).

•Die Szene der Steinigung des heiligen Stephanus und das letzte Abendmahl, beide von Jacopo Palma il Giovane (1606).

•Die Verkündigung von Pomponio Amalteo (1546).

•Fresken in der Sakristei von Giuseppe Diziani und Giuseppe Mattioni.

•Der Kreuzweg in Terrakotta von Max Piccini (1964).

Jedes Jahr am 6. Januar findet die traditionelle "Messa dello Spadone" statt, ein einzigartiges Ritual, das auf das Jahr 1366 zurückgeht.

In der rechten Apsis befindet sich der Altar, der dem heiligen Donatus gewidmet ist. An der linken Wand hingegen ist eine große Verkündigung von Pomponio Amalteo angebracht.