Wurde an der Stelle der ursprünglichen romanischen Kollegiatskirche erbaut, die erstmals im Jahre 1148 erwähnt, von den Tataren im 13. Jahrhundert und den Litauern im Jahre 1148 vernichtet wurde. Im Jahre 1360 hat der König Kazimierz der Große eine neue Kollegiatskirche gestiftet, die 1818, im Jahre der Entstehung der Sandomierzer Diözese, die Würde der Kathedrale erhielt und im Jahre 1960 zur Kathedralbasilika erhoben wurde. Sie ist ein gotisches, hallenartiges Gebäude mit einem dreiseitig geschlossenen, länglichen Chorraum, mit einem Kreuz- Rippengewölbe bedeckt.

An den Wänden des Chorraumes sind ca 1421 von dem Meister Hayl von Przemyśl angefertigte Wandmalereien erhalten geblieben. Die Wandmalereien wurden in den Jahren 1934 - 1936 aufgedeckt und konserviert. Die Altäre und Portale des Doms sind aus schwarzem Marmorstein angefertigt und mit rosa Marmorstein geziert. Sie sind repräsentative Beispiele der Steinerzeugnisse aus den Steinwerkstätten in Czerna bei Krakau im 17. und 18. Jahrhundert. Eine Zierde des Kircheninneres ist ein prachtvoller Komplex von Rokoko-Altären (die zweite Hälfte des 18. Jahrhundert) an den Zwischenschiffspfeilern. Sie sind ein Werk vom Meister Maciej Polejowski aus Lemberg. An den Schiffswänden befinden sich 16 Gemälde, von denen 12 einen Zyklus „Kalendarium” bilden und die 4 unter dem Chor Szenen aus der Geschichte von Sandomierz zeigen. Die Gemälde wurden 1708- 1737 von Karl de Prevot gemalt. In der Schatzkammer der Kathedrale werden u.a. das Privileg des zweiten Anlegens der Stadt von 1286, zahlreiche Frühdrucke und ein Reliquiar des Heiligen-Kreuz-Holzes, der Sandomierzer Kollegiatskirche von dem König Władysław Jagiełło als Anerkennung für die Verdienste der Sandomierzer Ritter in der Schlacht bei Tannenberg (poln.: Grunwald) geschenkt wurde, aufbewahrt.