La parroquial primeramente construida en el puerto de Carenas, fue de embarrado y guano, siendo su patrono y titular San Cristóbal, fue incendiada en 1538 por los piratas. En el 1550 se comenzó a construir la nueva iglesia parroquial dedicada igualmente al mártir San Cristóbal, patrón de la ciudad y titular suyo. Estaba situada cerca de la bahía, en el lugar que hoy ocupa el Palacio de los Capitanes Generales. Su construcción demoró mucho tiempo debido a que no se contaba con abundantes fondos, hasta que vino a darle su principal complemento, la herencia o legado que destinó para ello Juan de Rojas, uno de los vecinos más ricos del lugar en aquel momento. Casi un siglo después la reedificó y amplió el señor Obispo don Juan de Santo Matías, con auxilios y limosnas de los vecinos, por los años de 1666.
En 1779 se traslada a la iglesia de los jesuitas que fueron expulsados por el rey Carlos III de España en 1767. Este lugar en un primer momento (1748) sería el oratorio de los hijos de San Ignacio de la Orden de los Jesuitas. En el año 1767, ya estaba terminado el colegio, pero no la iglesia, en ese momento ocurre la expulsión de los jesuitas del Nuevo Mundo. En 1772 debido al deplorable estado en que se encontraba la parroquial mayor, las autoridades españolas decidieron trasladarla al Oratorio de San Felipe Neri y el 9 de diciembre de 1777, se trasladó a la iglesia a medio construir de los jesuitas. En 1778 por orden del obispo Felipe José de Tres Palacios comenzó el proceso de transformación del antiguo oratoria de San Ignacio en la catedral habanera dedicada a la Purísima Concepción, cuya imagen es visible en el Altar Mayor. Durante el prelado del obispo Juan José Díaz de Espada y Fernández de Landa, se realizaron reformas significativas.
El principal benefactor de la obra fue el rico obispo de Salamanca. La nave central estuvo ocupada hasta la independencia de la isla por un monumento funerario dedicado a Cristóbal Colón, debido a que al finalizar la colonia las cenizas del almirante fueron trasladadas a Santo Domingo y de allí a la Catedral de Sevilla.

Arquitectura
La fachada barroca de la catedral, considerada de la corriente toscana, es  íntima e imponente a la vez, y una de las dos torres es visiblemente más grande, creando una asimetría agradable.

Posee tres naves y ocho capillas laterales, divididos por gruesos pilares, el piso es de mármol blanco y negro. Las esculturas y los trabajos de orfebrería del altar así como del altar mayor estuvieron a cargo del italiano Bianchini, estas fueron ejecutadas en Roma en 1820 y dirigidas por el afamado escultor español Antonio Solá. Tras el altar, en el extremo superior del coro, se observan tres frescos originales del pintor italiano Perovani. Las pinturas interiores fueron realizadas por el pintor francés Jean-Baptiste Vermay. Entre las varias capillas que alberga se encuentra la de Nuestra Señora de Loreto, consagrada por el obispo Morell de Santa Cruz, en 1755, antes de la transformación en catedral, de la antigua parroquia jesuita, tiene una entrada independiente. Su cúpula que queda por debajo de las torres laterales, es visible desde los edificios aledaños con un intenso color naranja.
Al igual que muchas iglesias de la ciudad, el material de construcción de la Catedral de La Habana incluye corales, cortados y arrastrados desde el borde del mar por los esclavos. Si se observa detenidamente se pueden ver fósiles de flora y fauna marina en las piedras de la catedral.
Se dice que las dos campanas de la torre más alta, fueron fundidas con oro y plata mezclada con bronce, consiguiendo así su tono dulce.
La catedral posee varias reliquias y sagrarios y en su interior se encuentra varias tumbas de personajes ilustres de la ciudad y de Cuba.
Está rodeada por una plaza, que alberga a las mansiones de la nobleza habanera colonial, entre estas destacan el Palacio del Marqués de Arcos, la casa de los condes de Casa Bayona, de 1720, que en la actualidad es el Museo de Arte Colonial y la mansión del Marqués de Aguas Claras.