La construcción del recinto comenzó en 1565 a cargo de los dominicos y Fray Lorenzo de la Asunción,^[1]​^[2]​^[3]​ siendo uno de los templos católicos mas antiguos de la Ciudad de México y de los dominicos en México,^[4]​^[5]​ el templo se edifico sobre un recinto ceremonial prehispánico,^[5]​ utilizando las piedras del recinto para la construcción del templo.^[6]​^[3]​

Al haber finalizado la construcción del templo fue consagrada como parroquia y formo parte del monasterio dominico que estaba instalado en aquel mismo lugar.^[4]​

En 1563 hubo un terremoto que daño significativamente a la parroquia, por lo cual se tuvo que reconstruir el templo, hasta que en 1702 se termino la reconstrucción y fue consagrada la nueva parroquia.^[1]​^[4]​^[5]​^[6]​^[2]​^[3]​ En el siglo XVIII a causa de la reconstrucción se agregaron el atrio, la sacristía y la Capilla del Rosario.^[6]​^[2]​

Durante la Independencia de México, en el atrio de la parroquia se llevó a cabo la Batalla de Azcapotzalco, considerada la última batalla por la independencia del país,^[5]​^[6]​ donde el Ejército Trigarante se enfrento con las últimas fuerzas virreinales, las cuales perdieron la batalla.^[1]​ Algunas tropas virreinales se resguardaron en la parroquia.^[4]​

En 1923 el presidente Álvaro Obregón mando que el templo pasara a depender de la Secretaría de Educación Pública, por lo que en 1924 comenzaron trabajos de remodelación pero se suspendieron en 1926. La parroquia fue declarada monumento histórico el 15 de febrero de 1932 por la Secretaria de Cultura.^[6]​

En 2019 la parroquia fue consagrada como catedral a causa de que el papa Francisco mediante la bula Salus populi^[7]​ erigió la Diócesis de Azcapotzalco, siendo la parroquia sede de la diócesis.^[3]​^[2]​^[4]​^[1]​

La iglesia presenta una fachada principal compuesta por dos cuerpos. El primero incluye una calle central y dos laterales, decoradas con medias columnas y nichos vacíos, además de un acceso central con arco de medio punto y jambas almohadilladas. En la parte superior hay un escudo y una cornisa mixtilínea. El segundo cuerpo muestra pináculos laterales, columnas que sostienen un entablamento y una ventana oval que ilumina el coro. Esta sección termina con una cruz central, el escudo de la orden dominica y un pretil ondulado. La fachada refleja el estilo de retablo de fines del siglo XVIII, mezclando elementos clásicos con ornamentos decorativos como espirales y guardamalletas, típicos del gusto barroco posterior a 1750, con influencia de la región de Córdoba y presencia del estilo mudéjar.^[6]​

La torre campanario, también del siglo XVIII, tiene dos cuerpos: el primero recubierto de cantería y decorado con una hormiga en relieve pintada de rojo, y el segundo en su material original, rematado con un cupulín y una cruz metálica.^[6]​

El interior del templo se organiza en una sola nave orientada de oriente a poniente, a la que se accede por el sotocoro. La nave se divide en siete tramos, con cubiertas de bóveda de arista en los tramos centrales. El sotocoro se conecta con la nave por un arco rebajado, y los tramos están separados por arcos fajones que sostienen bóvedas de lunetos. En el primer tramo hay confesionarios modernos; en el segundo, un retablo barroco salomónico con pinturas y escultura en el lado sur, mientras que al norte se encuentra la capilla del Santo Niño de Praga, con un retablo neoclásico del siglo XX.^[6]​

El tramo del crucero está cubierto por una cúpula octogonal con linternilla y contiene un púlpito de madera tallada con acceso oculto dentro del muro. Desde este punto se accede a la capilla de San Francisco y al claustro conventual por un arco decorado, así como a la capilla de la Virgen del Rosario en el lado norte. Más adelante, el templo continúa con otro tramo cubierto por cúpula, seguido del ábside de forma poligonal con casquete esférico, y finalmente la sacristía, que alberga retablos dedicados a Santa Rita de Casia y a la Divina Providencia. El presbiterio, dividido en tres secciones, presenta bóvedas de lunetos y una bóveda semicircular en el tramo final, donde se ubica un retablo de cantería de estilo neoclásico con columnas toscanas.^[6]​

El altar es de cantería con relieves dorados, columnas exentas y nichos con veneras, y en su parte superior hay tres nichos con iconografía religiosa. Se conserva también un púlpito con tornavoz tallados en madera. El acceso al convento se realiza a través del portal de peregrinos, compuesto por tres arcos de medio punto sobre columnas cilíndricas, rematado por una espadaña, con techo de vigas y restos de pintura mural en su interior.^[6]​