Dai documenti disponibili non si può stabilire con certezza la data di fondazione del duomo, tuttavia si rintracciano alcune note relative alle fasi di costruzione della chiesa e dell’annesso palazzo vescovile: nel 1185 in un testamento di tal Griso di Sifando e in alcuni lasciti o devoluzioni di beni scritti tra il 1236 e il 1285. A queste date si riferiscono i lavori di rifinitura, in data così avanzata non ancora ultimati. La costruzione del duomo a partire dalla seconda metà del XII secolo è posta in relazione con la morte di Corrado di Baviera. La chiesa è tripartita in navate: quella centrale è coperta da tre cupole in asse su pennacchi, quelle laterali da semibotti. Questo sistema è largamente utilizzato già nell'XI secolo per alcune chiese benedettine in Terra di Bari, in particolar modo quella di Ognissanti nelle campagne di Valenzano. Le absidi sono nascoste dall'esterno da un muro, così come accade per la Basilica di San Nicola. Nel corso del Trecento furono aggiunte cappelle funerarie in stile gotico. Al periodo barocco risale l'altare maggiore in marmi colorati. Nel 1785, in concomitanza con l'espansione urbanistica di Molfetta fuori la mura, la sede e il palazzo vescovile furono trasferite nella nuova cattedrale di Santa Maria Assunta.