A gyönyörű barokk katedrális a Debrecen-Nyíregyházi egyházmegye széktemploma, plébániatemplom. Története 1715-re nyúlik vissza, amikor a kálvinista Debrecen a szabad királyi városi rang feltételeként visszaengedte a katolikusokat a városba.
A templom építését ekkor kezdték el piarista szerzetesek gróf Csáky Imre nagyváradi püspök, egyben bihari főispán költségén. A tervek készítésével, az építés vezetésével a milánói születésű Giovanni Battista Carlonét bízta meg. A templomot Szűz Mária édesanyja, Szent Anna tiszteletére szentelték fel 1746-ban.
Carlone nyugodt homlokzatú, torony nélküli barokk temploma 1811-ben megrongálódott a tűzvészben, s ezért 1834-ben felkérték Povolny Ferencet, hogy a templomot újítsa meg és tornyokat építsen hozzá. A Szent Anna-templom Povolny tervei alapján nyerte el végleges homlokzati kiképzését, kapta meg sisakos, copf stílusú tornyait.
A templomot 1993-ban II. János Pál pápa emelte székesegyházi rangra a Debrecen-Nyíregyházi Római Katolikus Egyházmegye megalapításával. 2011-től a templomban látható a torinói lepel hiteles másolata.
A templom kultúrtörténeti érdekessége, hogy plébániáján keresztelték meg 1848 decemberében Petőfi Sándor fiát, Zoltánt. A debreceni katolikus hitélet újjászervezésének 300. évfordulóján, 2015-ben avatták fel a székesegyház előtt Csáky Imre bíboros bronzszobrát.