Antes de ser elevada al rango de Catedral, la Iglesia de Sololá fue erigida como Parroquia, con el título de Nuestra Señora de la Asunción, en territorio perteneciente a la diócesis de Santiago de Guatemala.

Corría el año 1567, y habían pasado veinte años desde la fundación de la cuidad de Sololá, en el año 1547. La imagen que presidia el retablo mayor, es una escultura tallada en madera y forrada de plata repujada. Fue esculpida y recubierta de plata en el siglo XVIII, junto con otras piezas que adornaban el retablo mayor, ya desapareció.

Durante cuatro siglos la vida de Sololá giro alrededor de esta Iglesia, bajo la advocación de la Asunción de la Virgen, varias veces reconstruida tras derrumbarse a causa de los terremotos. Desde ella se misionó toda la comarca, gracias al esfuerzo de los padres franciscanos que la atendieron durante los primeros siglos.

En 1921 la parroquia paso a depender de la recién creada  Diócesis de los altos.

El 15 de marzo del año 1951, creo el Papa Pio XII la Diócesis de Sololá.

El 10 de mayo de esta iglesia era elevada al rango de Catedral por la bula papal de Pio XII “Omnium in Orbe”

El 11 de Octubre de 1954, el párroco. Padre German Álvarez, sacerdote secular, entrego la Parroquia-Catedral a los padres carmelitas Descalzos, siendo nombrado párroco el carmelita Prudencio Aranzábal.

Inmediatamente se formó un comité para reconstruir la Cúpula y el presbiterio, que se lograron terminar en 1961, con el P. Restituto Alonso.

El 19 de Julio de 1959 fue consagrado obispo en este edificio, aun sin acabar, Monseñor Angélico  Melotto (cuyos restos reposan a los pies del Cristo Enlosado), quien fue el primer obispo de la diócesis, la cual comprendía los departamentos de El Quiche, Suchitepéquez y Sololá.

El 15 de Septiembre de 1961 el Arzobispo de Guatemala, Monseñor Mariano Rossell y Arellano, bendijo la Nueva Cúpula y el presbiterio. En la misma ceremonia, como había pedido a Roma el Obispo diocesano, Mons. Angélico Melotto; la Virgen de la Concha (en capilla lateral) era proclamada patrona de la Diócesis Nuestra Señora de los Dolores, dándose lectura a la bula “Christiani Populi” del Papa Juan XXIII, que así lo proclama solemne y definitivamente.

El proyecto de la gran nave de la nueva catedral de Sololá fue encomendado por el Obispo Angélico Melotto al ingeniero-Arquitecto Octavio Vignati. Y la construcción fue supervisada por el ingeniero Martínez Diguer, trabajando el ladrillo y el concreto albañiles locales, ayudando en la fundación de la bóveda de concreto todo el pueblo sololateco.

Esta tarea duro dos años, de 1964 a 1965. Conforme se fue recaudando dinero, tanto por parte de la feligresía como por parte del Obispo, se fundieron los cimientos y ya en 1970 se empezaron a construir columnas y paredes; terminadas éstas, venía lo más difícil: fundir la bóveda. Toda la obra se concluye en 1978.