En 1905, el obispo de Detroit, John Foley, autorizó la creación de una parroquia, llamada del Santísimo Sacramento, para servir a la comunidad católica en las nuevas zonas residenciales de Woodward Avenue-Boston Boulevard. El primer servicio de la parroquia se celebró en una antigua fábrica de zapatos en agosto de 1905. La construcción de la iglesia comenzó en 1913, con Henry A. Walsh como arquitecto.
El exterior de la iglesia se terminó en 1915, sin las agujas gemelas de la fachada de Woodward. Las obras del interior se retrasaron por falta de fondos. El padre John Connolly, el párroco fundador, ofreció la primera misa el 13 de agosto de 1916, en el edificio desnudo que aún estaba en construcción. El interior se terminó en 1930, con la dedicación del interior en Acción de Gracias de ese año.
El 22 de mayo de 1937, la Diócesis de Detroit fue elevada a Arquidiócesis y el Santísimo Sacramento fue elegido para ser la iglesia de la Catedral, reemplazando a San Patricio, que había servido como Catedral desde 1877. Las finanzas eran más seguras después del final de la Segunda Guerra Mundial y George Diehl fue seleccionado como sucesor de Walsh para terminar el exterior de la iglesia. Con la finalización del exterior, la consagración de la iglesia catedral tuvo lugar el 17 de noviembre de 1951. A finales del siglo XX, la Catedral necesitaba una modernización y se trazaron planes para una renovación total del interior, guiada por Gunnar Birkerts. El 25 de marzo de 2003, la archidiócesis de Detroit celebró la reedición de la catedral.
La catedral está construida en estilo gótico normando y hecha de arenisca de Ohio con acentos de piedra caliza de Indiana. Las 22 grandes ventanas de cristal de estilo medieval fueron diseñadas por Willet Studios de Filadelfia. El escultor Corrado Parducci realizó gran parte de la estatuaria que adorna el santuario. La Catedral alberga dos órganos de tubos: el original Casavant Frere, reconstruido y actualizado, con más de 3.500 tubos, y un órgano Austin con 1.745 tubos.
