1905年、デトロイト司教John Foleyは、ウッドワードアベニューとボストンブルバードの新興住宅地に、Most Blessed Sacramentという名のカトリック共同体を奉仕する小教区設立を認可した。 1905年8月、この小教区の最初の礼拝が古い靴工場で行われた。 当初は財政的な問題に悩まされていたが、1913年にヘンリー・A・ウォルシュを設計者として教会の建設が始まった。
教会の外観は1915年に完成したが、ウッドワード・ファサードにある双子の尖塔は取り除かれていた。 しかし、資金不足のため内部の工事は遅々として進まなかった。 1916年8月13日、創立者ジョン・コノリー神父は、まだ建設中であった裸の建物で最初のミサを捧げた。 1930年に内装が完成し、その年の感謝祭に献堂された。
1937年5月22日、デトロイト教区は大司教区に昇格し、1877年から聖堂として使われていた聖パトリックに代わり、至聖所教会に選ばれた。 第二次世界大戦終了後、財政が安定し、ウォルシュの後継者としてジョージ・ディールが選ばれ、教会の外装を完成させた。 外装の完成に伴い、1951年11月17日に聖堂教会の聖別式が行われた。 20世紀末になると、大聖堂は近代化を必要とし、グンナル・ビルケルトの指導のもと、内部の全面改修の計画が描かれた。 2003年3月25日、デトロイト大司教区は大聖堂の再献堂を祝いました。
大聖堂はノルマン・ゴシック様式で建てられ、オハイオ州の砂岩にインディアナの石灰岩をアクセントに使っています。 22の大きな中世風のカラフルなガラス窓は、フィラデルフィアのウィレットスタジオがデザインしたものです。 彫刻家コラード・パルドゥッチは、聖域を彩る彫像の多くを手がけました。 大聖堂には、3,500本以上のパイプを持つカサヴァン・フレール製のパイプオルガンと、1,745本のパイプを持つオースチン製のパイプオルガンが設置されています
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