Після перенесення столиці Києвської дієцезії у Житомир на місці колишнього храму у 1724-1737 роках коштом єпископа Київського і Чернігівського Яна Самуеля Ожги було споруджено катедру та освячено 1737 року під титулом Zaśnięcia Пресвятої Діви Марії. Проте внаслідок допущених конструктивних помилок невдовзі її розібрали до фундаменту.У 1737-1746 роках коштом знову ж таки єпископа Яна Ожги було споруджено новий мурований кафедральний храм. 1751 року його консекрував єпископ Каетан Ігнатій Солтик. У 1768р. катедру спалили разом з містом царські війська за участь у Барській конфедерації, проте 1769 року храм відбудував єпископ-помічника Антоній Горчинський. Протягом 1789-1796 років відбувся капітальний ремонт святині, добудовано дві каплиці.
У 1800-1801 роках за кошти єпископа Кацпера Цецішовського через поганий технічний стан будівлі храму стіни розібрали до вікон і зробили новий дах, але вже без купола; збудовано було також новий хор і встановлено новий орган, перебудовано фасад. У 1805 році катедру консекровано під титулом святої Софії, мучениці. У 1937-1941 роках святиня була закрита і перетворена на архів. 1975 року здійснено ремонт собору. З 1977 року у костелі працював майбутній єпископ (Києво-)Житомирський о. Ян Пурвінський.
Кафедральний собор знаходиться в центрі міста, поруч краєзнавчий музей. Його обслуговують дієцезіальні священики, котрі відправляють Святі Меси українською та польською мовами. Працюють черниці з ордену св. Бенедикта (бенедиктинки), із згромадження Сестер Божественного Відкупителя, із згромадження Сестер від Ангелів. Храмове свято - 15 травня.

 

Адреса: м. Житомир, майдан Замковий, 2