Wnętrze zaprojektował wiedeński architekt Zygfryd Stern. Pieczę nad budową sprawowali architekci: Kazimierz Sokołowski, a od 1909 Kazimierz Stebelski.
Kamień węgielny poświęcił 16 czerwca 1901 arcybiskup warszawski Wincenty Chościak-Popiel. Budynek kościoła wybudowano w latach 1901–1912 z nieotynkowanej jasnożółtej cegły (w tzw. stylu Rohbau). 10 grudnia 1920 Kościół św. Stanisława Kostki został podniesiony przez papieża Benedykta XV do rangi katedry a 15 października 1922 katedra została konsekrowana przez biskupa Wincentego Tymienieckiego.
W 1941 r. świątynia została ograbiona przez okupanta, zamieniona na magazyn wojskowy, a w jej krypcie urządzono hodowlę pieczarekM. Budziarek: Katedra przy Adolf Hitlerstrasse. Warszawa: 1984, s. 71-72. ..
Trójnawowa bazylika wzorowana jest na niemieckiej Ulmer Münster. Archikatedra łódzka jest najwyższym budynkiem Łodzi (ma 104,5 m wysokości) i jednym z najwyższych kościołów w Polsce.