À l’initiative de l’évêque de Gap, Mgr Bernadou, elle est construite entre 1866 et 1904 dans le style néo-gothique en vogue à cette période, par l’architecte Charles Laisné en remplacement d’une ancienne cathédrale médiévale qui tombait en ruine. Ancienne cathédrale de Gap, démolie en 1866. Elle est la dernière de France dont les travaux sont commencés avant la séparation des Églises et de l’Etat, ce qui lui a valu d’être classée monument historique avant même d’être achevée. Contrairement à d’autres églises construites à la même époque qui utilisent le ciment, la cathédrale de Gap est édifiée en pierres. L’architecte reprend les formes romanes, qu’il associe avec des voûtes en ogives gothiques et des éléments byzantins. L’architecte confie la réalisation de la verrière du chœur au peintre-verrier Émile Hirsch ; la mosaïque est réalisée par Giandomenico Facchina.