1887ko abuztuan, Udalak orduan urpean zegoen lursaila eman zuen Donostiako Zabalgune berriran eliza eraiki zezaten. Urte bereko abenduaren 10ean proiektua garatzeko lehiaketarako oinarriak onartu zituzten. Aurkeztu ziren lau lagunen artean, Manuel Echave arkitektoarena (Antonio Cortazarren suhia zen, Donostiako Zabalgunearen egilea) aukeratu zuten eta hari esleitu zitzaion obra zuzentzea ere.
Eliza neogotiko hau 1897. urtean inauguratu zen, eta eliza gotiko germaniarren ereduetan inspiraturik 1899. urtean amaitu zen, Ramon Cortazarren zuzendaritzapean.
Hasiera batean, Gipuzkoa Gasteizko gotzaindegiaren menpe zegoen. Donostiako elizbarrutia sortu zenean, 1949. urtean, Artzain Onaren eliza Katedral bihurtu zen. Baina elizan aldaketa batzuk egin behar izan ziren horretarako: jatorrizko aldare nagusia -estilo neogotikoa zuena- kendu eta Artzain Onaren irudia jarri zen absideko horman, eta lau ebanjelarien irudiak (Jose Limona, 1864-1943) gurutzaduran. Aldare nagusian, aulkiteria (1953) jarri zen koruaren zerbitzura. Sakristian eta lurpeko zenbait kriptetan ere aldaketak egin ziren. Azken erreforma garrantzitsua 1972. urtean burutu zen.
Lehen harriaren ezartze ofiziala, Espainiako errege familia bertan zela, 1888ko irailaren 29an ospatu zen. Zutabeak jartzen 1889ko apirilean hasi ondoren, proiektuan zenbait aldaketa egitea erabaki zen. Obrak, lehiaketa baten bitartez Benito Olasagastiren esku geratu ziren, Antiguako elizaren lanak amaitzear zegoenean. Berau hil ondoren, 1896ean, bere anaiek hartu zuten lanak amaitzeko kargua. Dorrea amaitu gabe egon arren, 1897ko Uuztailaren 30ean inauguratu zen, oraingoan ere Espainiako errege familia bertan zela. Dorrea 1899an amaitu zuten Ramon Cortazar arkitektoaren zuzendaritzapean, Zabalgunearen egilearen semea. 1909an Churruca arkitektoak aurrealdeko handitze lanak burutu zituen eta 1929an absidearen atzealdeko sabaia. Kaperaren dekorazioa, apaindurak, orratzak, eta abarren lana Julio Gargallok egin zituen, aldamenetako aldareen taila lanak bezalaxe.
Katedrala Donostiako erdigunean dago, Artzain Onaren plazan toki nagusia hartuz. Santa Maria elizako fatxada barrokoari begira dago. Horrela, Cortazarren Zabalgunean ardatz nagusia sortzen du, Hernani kalea eta kale Nagusia hartzen dituen ardatza alegia.
Echavek, dirudienez, Coloniako katedralean inspiratuta gauzatu zuen eta estilo neogotikoaren adibiderik interesgarrienetakoa dugu. Gurutze latindar formako oin-planta du, 1.915 metro koadroko azalera eta 4.000 pertsonentzako lekua.
Sarrera nagusitik abiatuz, lehenik hiru nabeko zatia du eta gero bostekoa bihurtzen da presbiteriotik hurbilen dagoen zonaldean, erdiko nabea besteak baino zabal eta altuagoa duela (64 metro luze eta 25 metro garai). Gurutze gangak, fuste zilindrikozko zutabetan deskargatzen dira. 75 metroko orratz formako kanpai-dorrea berriz, sarrera nagusiari bide ematen dion atariaren gainean aurkitzen da. Plazan bertan erdialdean dago koktauta eta bertikaltasuna indartzen da, eraikina eskailera batzuez baliatzen den zokalo baten gainean kokatuz.
Ez du girolarik, baina bai ordea arbotanteak, pinakuluak lehiateak eta gotikoaren elementu bereizgarri gehiago.
Hormak hareharri landuz eginak dira, kontrahormekin kanpotik. Horretarako, Igeldoko harrobiko hareharria erabili zen. Gangetarako berriz, Burgoseko Ociotik ekarritako tufarria hartu zuten eta tenpluaren teilatuetarako, Frantziako Angers herriko tupa edo arbel harria.
Gasteizko Goicoechea y Arin enpresak burututako 1972ko erreformaz geroztik, landutako harlanduzko koral batek estaltzen du kapera nagusia. Horren gainean, absidetik zintzilik dagoen oinarri batean, Artzain Onaren taila aurkitzen da, aldare nagusi neogotikoan egon zena. Bartzelonako Jose Llimona (1864-1943) artistaren obra da. Aldare zaharretik ekarritako lau ebanjelarien tailak ere egin zituen, gaur egun gurutzadurako zutabeetan daudenak.
Gurutzadurako rosetoien azpian, haserako proiektuan kate batzuk jartzeko asmoa zeukaten. Azkenean urrezko 2 erretaula neogotikogatik ordezkatu zituzten, Jesusen Bihotz Sakratua eta Ama Birjinaren Sortzez Garbiaren erretaulak alegia. 1907 eta 1917 urteetan jarri zituzten urrenez urren. Beste elementu interesgarriak ere badira, esaterako, Familia Santua, Karmengo Ama Birjina, San Antonio eta San Frantzisko Asiskoaren erretaulak eta aldareak, Julio Gargalloren lanak izanik. Artista horrek Santa Teresa eta Ama Birjina Sokorrokuarriaren aldareetan ere lan egin zuen.
Kripta presbiterio azpian dago eta 1949-1953ko erreformaz geroztik parrokiako sakristia bezala erabiltzen da. Bertan, lehen parrokoaren gorpuzkinak daude, D. Martin Lorenzo de Urizarena alegia.
Beirateak Juan Bautista Lazarok diseinatu zituen. Absideko zazpi leiho bikoitzak isten dituzten beirateek hamabi apostoluak eta Jesusen eta Mariaren Bihotzak irudikatzen dituzte. Bataiategiak ere beirate figuratiboak ditu. Gainerako beirateak leiho bikoitzetan (goialdean) eta hirukoitzetan (azpialdean) jarrita daude, eta neurri handi batean, elizaren alboetako hormak estaltzen dituzte. Bi arroa-leihok isten dute gurutzadura. Hasierako proiektuan horien azpian ate bana kokatu nahi zituzten, baina azkenean haien ordez, erretaulak jarri zituzten.
Elizan organo bikaina dago, Europako handienetakoa, eskuko bost teklatu, pedalak eta 125 soinu jokorekin. 30 tonako zama du eta 9.535 soinu tutuk osatzen dute. Handienak 10 metro ditu. Antzinakoa ez izan arren, estetika neoklasikoko organoen erakusgai bihurtzen ari da. Azpeitiko OESA enpresak eraiki zuen 1953an eta katedralak izandako bigarren organoa da.