En los documentos medievales y renacentistas este templo aparece nombrado como "Iglesia Mayor" y sólo empieza a denominarse como "Catedral Vieja" a partir del siglo XVIII.

Tras la muerte del obispo fray Pedro Gallego, se encarga de la dirección del episcopado, el electo García Martínez, (electo porque nunca llegó a ser consagrado obispo), quien decide, según el historiador Juan Torres Fontes,[1]​ iniciar los trámites pertinentes para trasladar la capitalidad diocesana a la ciudad de Murcia, sin embargo, Torres Fontes no aporta información bibliográfica que verifique esta tesis.

Actualmente existe controversia sobre si este traslado se efectuó con o sin autorización del Papa Nicolás IV.

Se desconoce la fecha real de inicio de la construcción del primer edificio ya que los actuales restos visibles corresponden en su mayoría a una reconstrucción realizada a principios del siglo XX por el arquitecto modernista Víctor Beltrí.

Se encargó la restauración al arquitecto Víctor Beltrí, en estilo neorrománico, con algunos elementos modernistas que, más que restaurar, construyó un nuevo templo, desfigurando completamente el edificio medieval.

Entre estos restos, apareció lo que en su momento se denominó como 'columna bizantina', atribuyéndose estos elementos a una supuesta basílica bizantina preexistente de la que no existe ninguna constancia histórica.

[3]​ La construcción estaba articulada en torno a tres naves, una central y dos laterales, éstas con capillas adosadas.

Contaba con una torre con campanario y junto a la catedral, al norte de la misma, existía una construcción anexa que formaba un todo con el conjunto y en la que residían los clérigos.

Otra capilla anexa era propiedad del Ayuntamiento y albergaba la imagen medieval de la Virgen del Rosell flanqueada por cuatro esculturas de los Cuatro Santos, esculpidas por Francisco Salzillo en 1755.

En 1939 fue bombardeada quedando destruidas las cubiertas y las capillas del lado norte.

En la actualidad, la catedral de Cartagena se encuentra a la espera de que se lleven a la práctica inversiones largamente esperadas para dignificar sus abandonadas ruinas con una consideración histórica, arqueológica, sentimental y religiosa para muchos cartageneros.