Actul de naştere al edificiului este decretul domnitorului Ioan Sandu Sturdza (8 august 1826), însă piatra de temelie şi construcţia propriu-zisă se datorează râvnei şi ostenelilor mitropolitului Veniamin Costachi. Lucrările au început în anul 1833. Arhitecţii vienezi Johann şi Gustav Freiwald au adoptat pentru noua biserică stilul neoclasic. S-a lucrat intens până ce au apărut probleme serioase în legătură cu rezistenţa turlei, din pricina greutăţii cupolei centrale, de mari dimensiuni. Timp de aproape 40 de ani, biserica a rămas neterminată. La stăruinţele mitropolitului Iosif Naniescu (1875-1902), auto­rităţile statului român independent hotărăsc reluarea lucrărilor.

La 15 aprilie 1880 se pune pentru a doua oară piatra de temelie. Planurile sunt refăcute de arhitectul Alexandru Orăscu din Bucureşti, care adaugă cele două rânduri de pilaştri masivi din interior. Se renunţă la cupola de mari dimen­siuni, aceasta fiind înlocuită cu un sistem de patru bolţi, despărţite prin arce transversale. Pictura Catedralei a fost realizată de renumitul artist Gheorghe Tattarăscu.

Sfinţirea Catedralei, săvârşită la 23 aprilie 1887, a fost o sărbătoare pentru întreaga naţiune. Familia primului rege al României, Carol I, a înzestrat această catedrală cu vitralii executate la München, sfeşnice, policandre, candele de argint, odoare şi veşminte preţioase. Tabloul votiv şi tronurile regale pot fi văzute şi astăzi în catedrală. Catapeteasma a fost executată la Kiev. Mozaicul de la intrare este opera pictorului Gheorghe Răducanu în anii '80.

Racla actuală, conţinând moaştele Sfintei Parascheva, este o operă artis­tică de preţ executată la începutul secolului al XX-lea din argint masiv. Cate­drala mitropolitană din Iaşi este, în România, biserica cea mai mult vizitată de pelerini, deoarece adăposteşte moaştele Sfintei Cuvioase Parascheva începând cu anul 1889. Astăzi, alături de acestea, în Catedrală se află şi o parte din moaştele Sf. M. Mc. Gheorghe, aduse din Grecia (Livadia) în anul 2000. În aceeaşi catedrală, în zilele de 12-19 octombrie 1996, a fost adus capul Sf. Ap. Andrei, iar în zilele de 12-16 octombrie 2001 a fost adus în pelerinaj cinstitul brâu al Maicii Domnului, de la Volos – Grecia, cu ocazia aniversării a 600 de ani de la recunoaşterea oficială a Mitropoliei Moldovei (1401-2001).

Sanctuar de spiritualitate ortodoxă şi operă de artă monumentală, Cate­drala mitropolitană din Iaşi a devenit un simbol al pelerinajului pentru credincioşii ortodocşi din România şi din ţări ortodoxe precum Grecia, Bulgaria şi Serbia, unde moaştele Sfintei Parascheva au fost venerate în secolele XIII-XVI, până la aducerea lor la Iaşi, în 1641, ca dar al Patriarhiei Ecumenice de Constantinopol pentru evlavia şi generozitatea Moldovei.