Murowana, późnogotycka fara św. Marcina i św. Mikołaja w Bydgoszczy została zbudowana w latach 1466-1502, na miejscu starszego, drewnianego założenia. Fundatorem świątyni był Jan Kościelecki, wojewoda inowrocławski, starosta bydgoski i malborski. W XVI i w pierwszej połowie XVII wieku do korpusu przybudowano trzy czworoboczne kaplice boczne, czwartą zaś urządzono w dawnej kruchcie wejściowej przy prezbiterium. W 1559 roku na kalenicy zamontowano sygnaturkę. W roku 1702 na miejscu pierwotnej wieżyczki osadzono nową, barokową,  istniejącą ona do dziś. W XVIII wieku wraz z upadkiem i wyludnieniem miasta świątynia ubożała i niszczała, a na początku XIX wieku urządzono tu magazyny i składy. Popadający w ruinę kościół odnowiono w latach 1819-30, a trzy boczne kaplice nie nadające się do odbudowy rozebrano. Wówczas to był jedyny czynny kościół w mieście.

Ceglany kościół jest orientowany, trójnawowy o formie halowej z trójbocznie zamkniętym prezbiterium. Świątynia nie posiada wieży, jedynie barokową sygnaturkę z latarnią na dachu przy szczycie wschodnim fundacji Wojciecha Łochowskiego z 1660 roku. Od zachodu do budowli przylega piętrowa kruchta z podcieniem. Tu znajduje się wejście główne do kościoła z renesansowymi drzwiami dębowymi z XVII wieku, ozdobionymi herbami i inicjałami cechów oraz mieszczan bydgoskich.  Korpus świątyni zdobią bogato rozczłonkowane szczyty z obramieniami blend. Schodkowy szczyt zachodni jest wypełniony sześcioma strefami blend, a wieńczy go kuty krzyż i wiatrowskaz w kształcie trąbiącego anioła, z datą 1848. Trójkątny szczyt wschodni dzieli sześć wielobocznych lizen przechodzących w sterczyny, pomiędzy którymi widoczne są blendy o nieregularnym układzie. W prezbiterium zastosowano sklepienie sieciowe, w nawach gwiaździste, w zakrystii – kolebkowe z lunetami, w przedsionku zachodnim – krzyżowe, a w kruchcie pod wieżą – kopulaste z neogotyckimi żebrami. W ścianie południowej, tuż nad ziemią, widoczne są tzw. „kamienie chlebowe”. Według przekonania ówczesnych budowniczych, miały one zabezpieczać chleb powszedni dla parafian. Do południowego boku przylega trzykondygnacyjna dzwonnica. Kondygnacje dolne wzniesiono około 1500 roku, a górną w 1650 roku. W wieży znajdują się dzwony pochodzące z Kamieńca Podolskiego: pierwszy z 1641 roku, opisany w powieści Henryka Sienkiewicz „Pan Wołodyjowski”, bijący na alarm podczas oblężenia tureckiego w 1672 roku, drugi z 1737 roku.

Przy okazji ostatnich prac remontowych ponad wejściem południowym odkryto polichromowany gotycki fryz ornamentalny. We wnętrzu zaskakuje niezwykłe bogactwo koloru nie tak częste w regionach północnej Polski. Polichromie pochodzą z lat 1922-25 i są autorstwa Henryka Jackowskiego do projektu Stefana Cybichowskiego. We wnętrzu zachowało się bogate, głównie XVIII-wieczne rokokowe wyposażenie. Część wyposażenia pochodzi z nieistniejącego już kościoła oo. karmelitów, m.in. bardzo piękne stalle. Ponadto w katedrze na uwagę zasługują ołtarze, ambona, oraz późnorenesansowa mosiężna chrzcielnica ufundowana przez burmistrza Wojciecha Łochowskiego w 1611 roku, a także epitafia, obrazy, oraz liczne tablice pamiątkowe. Najważniejszym zabytkiem sztuki w katedrze, a zarazem obiektem obdarzonym szczególnym kultem religijnym jest Madonna z Różą. Jest to przepiękny późnogotycki obraz Madonny z Dzieciątkiem, która w eleganckim, dworskim geście w drugiej ręce trzyma malutką ledwo rozkwitniętą różyczkę. Dla niej przy południowej ścianie prezbiterium powstało niewielkie rosarium z kwitnącymi różnymi gatunkami róż powiększane głównie przez nowożeńców. Bydgoska Matka Boska Pięknej Miłości, bo tak jest oficjalnie nazywana, czyni z katedry chętnie nawiedzane sanktuarium maryjne. W bocznej nawie północnej znajduje się jedyna, ocalała z okresu zaboru, kaplica św. Krzyża z 1617 roku z okulusami i profilowanym gzymsem. Posiada ona renesansową kopułę, zwieńczoną latarnią o kamiennych filarach z maszkaronami, zakończoną dzwonowatym hełmem i krzyżem. Wejście do kaplicy, odgrodzone dawniej kutą kratą, zostało w 2002 roku zastąpione przeszkleniem, a kaplica została zaadoptowana do całodziennego dyżuru spowiedniczego. Przy kościele, od strony północnej, od drugiej połowy XVIII wieku stoi figura św. Jana Nepomucena. Bydgoska Fara w 2004 roku dekretem Ojca Świętego Jana Pawła II została podniesiona do rangi katedry nowo powołanej Diecezji Bydgoskiej.

Katedra znajduje się na Starym Mieście przy ul. Farnej 2. Przy katedrze, po jej wschodniej stronie, znajduje się pałac biskupi o Dom Polski.

Zdjęcia wykonano w czerwcu 2018 roku.