La catedral está ubicada sobre la Plaza de la Proclamación, y tiene una fachada lateral sobre la calle de los Santos de Piedra, cuyo nombre hace referencia a las esculturas que decoraban anteriormente el principal templo de Cartagena de Indias.
Esta obra religiosa tiene especial importancia tanto para los cartageneros ya que en su entorno se levantó el antiguo barrio de la catedral, como para los visitantes, por su valor artístico e histórico.
La catedral de Cartagena de Indias fue construida entre los años 1577 y 1612, reemplazando a una modesta iglesia de madera y cañas. La estructura original de la catedral se ha conservado casi sin modificaciones, con excepción de algunos cambios en los techos de las naves laterales, que originalmente fueron de azotea y después de tejas, y la supresión de parte del coro y de la sala capitular. Estas transformaciones se llevaron a cabo durante el arzobispado del prelado Pedro Adán Brioschi (1898-1943).
Posteriormente, en 1908, la fachada y cúpula de la catedral fueron refaccionadas. Sin embargo, los balcones y cornisas son originales de la época colonial.
Su portada fue estucada y los santos de piedra, retirados de sus hornacinas y sustituidos por otros de mármol de Carrara. Aún permanece en una de sus fachadas un reloj de sol que desde aquella época marca el paso del tiempo.
El primer obispo que gobernó a Cartagena de Indias fue Fray Tomás del Toro, cuya efigie puede apreciarse en un medallón labrado en el frontis de la edificación. Allí mismo, se encuentra la figura de Monseñor Eugenio Biffi, obispo muy querido por los cartageneros.
Cuando la catedral aún estaba en obra, el inglés Drake sitió Cartagena (1586) e hizo disparar una bala contra la nave central, destruyendo tres arcos.
En su interior destaca un admirable púlpito en mármol, de estilo florentino, con esculturas en altorrelieve de los cuatro evangelistas: San Marcos, San Juan, San Mateo y San Lucas. Así mismo, sobresale el altar mayor, elaborado en madera dorada, cuyo retablo recuerda el de la catedral de México.
Tanto el púlpito como la valiosa custodia procesal y el pavimento de mármol de la catedral se deben al prelado Fray José Díaz de Lamadrid, quien rigió la sede cartagenera de 1778 a 1792.
Entre las imágenes antiguas de la catedral sobresale la de Santa Catalina, empuñando una espada, que según se dice perteneció al aguerrido comandante Blas de Lezo, quien derrotó al agresor Vernon.
Esta iglesia hizo escuela no solamente en la misma Cartagena, sino que también sirvió de modelo para otros templos que se levantaron posteriormente en otras ciudades vecinas a «la Heroica».