Projetada por Oscar Niemayer, foi inaugurada em 31/5/1970. Possui 40 m de altura com 16 arcos de concreto armado circundados por um espelho d’água. A cruz metálica de 12 m de altura no topo foi benzida pelo Papa Paulo VI, doador do altas.
Projetada pelo arquiteto Oscar Niemeyer, foi o primeiro monumento a ser criado em Brasília. Sua pedra fundamental foi lançada em 12 de setembro de 1958. Teve sua estrutura pronta em 1960, onde apareciam somente a área circular de setenta metros de diâmetro, da qual se elevam dezesseis colunas de concreto (pilares de secção parabólica) num formato hiperboloide, que pesam noventa toneladas. O engenheiro Joaquim Cardozo foi o responsável pelo cálculo estrutural que permitiu a construção da catedral. Em 31 de maio de 1970, foi inaugurada de fato, já nesta data com os vidros externos transparentes.
Na praça de acesso ao templo, encontram-se quatro esculturas em bronze com 3 metros de altura, representando os evangelistas; as esculturas são de Alfredo Ceschiatti, com a colaboração de Dante Croce. No interior da nave, estão as esculturas de três anjos, suspensos por cabos de aço. As dimensões e peso das esculturas são de 2,22 m de comprimento e 100 kg a menor; 3,40 m de comprimento e 200 kg a média e 4,25 m de comprimento e trezentos kg a maior.
O batistério em forma ovoide teve em suas paredes o painel em lajotas cerâmicas pintadas em 1977 por Athos Bulcão. O campanário composto por quatro grandes sinos, doado pela Espanha, completa o conjunto arquitetônico. A cobertura da nave tem um vitral composto por dezesseis peças em fibra de vidro em tons de azul, verde, branco e marrom inseridas entre os pilares de concreto. Cada peça insere-se em triângulos com dez metros de base e trinta metros de altura que foram projetados por Marianne Peretti em 1990. O altar foi doado pelo papa Paulo VI e a imagem da padroeira Nossa Senhora Aparecida é uma réplica da original que se encontra em Aparecida – São Paulo.
A via sacra é uma obra de Di Cavalcanti. Na entrada da catedral, encontra-se um pilar com passagens da vida de Maria, mãe de Jesus, pintados por Athos Bulcão.
