Die Kathedrale, seit dem Jahre 1972 Basilika minor, gehört zu den prachtvollen Sehenswürdigkeiten Tarnóws. Dieses Gotteshaus war ursprünglich ein einschiffiges Gebäude mit einem rechteckigen Presbyterium und einem quadratischen Turm. Für damalige Zeiten war das eine beträchtliche Kathedrale. Schon im Jahre 1346 wurde die Kirche urkundlich bezeugt.
1400 erlangte die Kirche den Rang einer Stiftskirche. Die Marienkirche wurde im Laufe der Jahrhunderte vielmals umgestaltet, zusätzliche Kapellen wurden angebaut. Ein riesiger Turm wurde Ende des 15. Jh. nach dem Brand im Jahre 1494 zum Mittelschiff zugebaut. Die Höhe des Turmes beträgt 72 Meter. Es ist schwer festzustellen, wie hoch der Turm ursprünglich war. Im Jahre 1810 hat man den Turm bis zur Dachhöhe abgebaut. 1881 hat man den Wiederaufbau beendet. Die Stiftskirche wurde zur Kathedrale 1768, damals wurde ein Bistum gegründet, das aber von dem Papst Pius VII. im Jahre 1805 abgeschafft wurde.
21 Jahre später wurde es wiederhergestellt. Im Laufe der Zeit hat man die Kirche weiter umgebaut. Zur Zeit des Bischofs Grzegorz Ziegler wurde die Nord- und Südkapelle mit Arkaden in 2 Seitenschiffe verbunden. Seit dieser Zeit hat das Gotteshaus eine dreischiffige Form. Von der Südseite hat man zum Presbyterium die so genannte Benediktkapelle angebaut,also die heutige Kapelle des Heiligen Sakraments. Die äußeren Wände wurden verputzt. Auf der Nordseite der Kirche entstanden schon früher die Räume für eine Sakristei und eine Schatzkammer.
In den Jahren 1889-1900 wurde die Kirche nach einer gründlichen Renovierung im neugotischen Stil umgebaut. Im Dom befinden sich viele interessante Kunstwerke u.a. ein Komplex von Renaissance- und Barockgrabdenkmälern der Familien Tarnowski und Ostrogski, die ganz recht zu den hervorragenden Kunstwerken in Polen gehören. Sie wurden von den ausländischen Bildhauern B. Berecci, J.M Padovano und J. Pfister geschaffen.
Das Grabdenkmal von Barbara Tarnowska ( Jungfrau namens Tęczyńska) wurde von Bartłomiej Berecci erschaffen und gehört zu den schönsten Grabdenkmäler in Europa, das eine Frau mit Renaissance Mitteln und Techniken beschreibt. Genauso beeindruckend sind die Grabdenkmäler von Hetman Jan Tarnowski und von seinem Sohn Krzysztof. Es ist 13,8 Meter hoch und 5,6 Meter breit. Zu der reichen Innenausstattung der Kathedrale gehören auch gotische Flügelaltäre mit prachtvollen Rücklehnen, Skulpturen, Epitaphen, Bilder und Mosaikfenster dank denen die Kathedrale zu den schönsten Basiliken gehört. Die Tarnower Basilika hat einen umfangreichen Domführer der Autorschaft von Priester Dr. Władysław Szczebak.