Murowany kościół Wniebowzięcia NMP w Płocku został zbudowany w stylu romańskim w latach 1130-44 na miejscu pierwszej, drewnianej świątyni, z inicjatywy biskupa płockiego Aleksandra z Malonne. Został on wzniesiony ze starannie opracowanych ciosów granitowych (ciosy licowe były kwadratowe lub prostokątne o wymiarach: w warstwie niższej do 36 cm długości i do 21 cm wysokości, oraz w warstwie wyższej do 65 cm długości i do 32 cm wysokości). Była to trójnawowa, zapewne dwuchórowa bazylika z transeptem i prezbiterium zakończonym apsydą. Chór zachodni flankowały dwie wieże. Do katedry płockiej przeznaczone były dwuskrzydłowe drzwi z brązu, odlane w Magdeburgu w latach 1152-56. W niewyjaśnionych do dziś okolicznościach znalazły się one w Nowogrodzie Wielkim i tam do dziś zdobią sobór św. Zofii. 

W 1233 roku katedra została zniszczona przez pożar, a w 1243 roku przez Prusów, a w latach 1288-89 przez Litwinów. Po odbudowie największą zmianą była dobudowa dwóch gotyckich wież zachodnich. W 1442 roku pokryto katedrę nową dachówką i dokonano jej gruntownego remontu, który jednak okazał się nietrwały, gdyż w 1492 dzwony katedralne, z obawy przed zawaleniem się wież, zostały przeniesione do wieży zegarowej pobliskiego zamku.

W 1530 roku groźny pożar spowodował zawalenie się lewej nawy kościoła wraz ze sklepieniem, oraz stropu prezbiterium. W związku z problemami odbudowy świątyni, w  latach 1531-34 zbudowano od fundamentów, z inicjatywy biskupa Andrzeja Krzyckiego, nową trójnawową orientowaną bazylikę katedralną o nowym obliczu renesansowym z kopułą. Do budowy ścian użyto częściowo granitowych ciosów pochodzących z romańskiej katedry. Prace wykończeniowe trwały jeszcze potem przez kilkanaście lat.  Zachowano dawną strukturę przestrzenną bazyliki z transeptem, ale uzupełniono ją nowymi elementami i formami włoskiego odrodzenia. Autorami byli włoscy budowniczowie pracujący przedtem dla króla Zygmunta na Wawelu – Bernardino Zanobi de Gianotis, Giovanni Cini ze Sieny i Filip z Fiesole. Za rządów biskupa Andrzeja Noskowskiego doprowadzono do końca zasadniczą budowę płockiej świątyni renesansowej. Wówczas też rozbudowano znacznie prezbiterium oraz dostawiono dwie zachodnie wieże z przedsionkiem i emporą muzyczną między nimi. Pracami kierował Jan Baptysta z Wenecji. Czarną plamą w renesansowej przebudowie katedry jest zatracenie wszystkich przedrenesansowych grobowców i epitafiów.

Dzięki biskupowi Michałowi Jerzemu Poniatowskiemu w latach 1784-87 dokonano kolejnej przebudowy katedry. Najbardziej zagrożoną runięciem fasadę obudowano, zgodnie z założeniami klasycyzmu, grubymi murami, przyozdobionymi ciężką attyką z gzymsami, wspartą sześcioma jońskimi kolumnami. W tym samym czasie dokonano gruntownej renowacji będącej w złym stanie technicznym katedry i wykończono dwie nowe kaplice w świątyni – Najświętszego Sakramentu i św. Zygmunta.

W 1900 okazało się, że stan katedry jest fatalny i niebezpieczny dla wiernych. Przy rozbiórce niektórych elementów ujawniły się pęknięcia aż do fundamentów. Kapituła zdecydowała się wówczas na gruntowny remont katedry, oraz odtworzenie wyglądu świątyni renesansowej. Projekt przebudowy zlecono Stefanowi Szyllerowi. Restauracja polegała najpierw na odbudowaniu od zewnątrz dolnych partii starych murów i na zbudowaniu bocznych ścian z nowych ciosów granitowych. Górne ściany odbudowano z nowej cegły, której w tym celu wypalono milion sztuk. Najdelikatniejszą sprawą było dobudowanie zniszczonych już w XV wieku wież. Wzniesiono nową kopułę zwieńczoną kamienną latarnią. W celu upamiętnienia najważniejszych prac architektonicznych związanych z katedrą od chwili jej powstania Zygmunt Langman wykonał w piaskowcu cztery tablice herbowe najbardziej zasłużonych dla katedry biskupów. Umieszczono je w arkadach szczytu zachodniej fasady. W portalu wmurowano płaskorzeźbę przedstawiającą ofiarowanie katedry płockiej Matce Bożej. W trakcie przebudowy katedry odnaleziono oryginalne głowice romańskie i wmurowano je w ściany przylegającego do katedry Muzeum Diecezjalnego. W 1903 roku po trzech latach prac, 8 listopada biskup płocki Jerzy Szembek dokonał rekonsekracji katedry. Natomiast w latach 1904-16 powstała polichromia autorstwa Władysława Drapiewskiego. Papież Pius X 1 lipca 1910 roku nadał katedrze tytuł Bazyliki Mniejszej. W czasie II wojny światowej bomby niemieckie zniszczyły kaplicę św. Zygmunta. Bazylika została zamknięta dla wiernych, hitlerowcy urządzili w niej skład mebli. Po wojnie w 1945 roku katedra została ponownie oddana wiernym.

Obecny wygląd zewnętrzny katedry pochodzi z czasów ostatniej przebudowy w latach 1901-1903. Główne wejście do bazyliki znajduje się od strony zachodniej, natomiast prezbiterium położone jest po stronie wschodniej. Jest to trójnawowa bazylika z dwiema wieżami, kopułą, czterema kaplicami bocznymi, dwiema zakrystiami, skarbcem i kapitularzem. Poniżej herbów biskupów płockich, którzy odegrali największą rolę w budowie i przebudowach płockiej bazyliki, znajduje się neoromańska rozeta wykonana z piaskowca. Do katedry prowadzi współcześnie wykuty w kamieniu arkadowo-kolumnowy portal. W jego górnej części znajduje się tympanon, przedstawiający scenę ofiarowania Matce Bożej Mazowieckiej, której towarzyszą św. Zygmunt i św. Stanisław Kostka, oraz wykonawcy ostatniej przebudowy katedry z XX wieku i przedstawiciele wszystkich stanów. Fasada bazyliki została gruntownie odnowiona w 2004 roku.

We wnętrzu świątyni wyposażenie jest barokowe. Bazylika posiada 11 ołtarzy oraz kilkanaście nagrobków i epitafiów. W jej prezbiterium znajduje się m.in. epitafium biskupa Ignacego Krasickiego (1735-1801), autora „Hymnu do miłości Ojczyzny”, którego rodzina pochodziła z Siecienia pod Płockiem.

W krypcie płockiej katedry pochowani są średniowieczni władcy Polski: Władysław I Herman (1043-1102) i jego syn – Bolesław III Krzywousty (1086-1138). Miejsce ich spoczynku upamiętnia w kaplicy pod wieżą północną marmurowy sarkofag ze złożonymi na nim insygniami władzy: mieczem, berłem i diademem. W czasach panowania obu władców Płock był stolicą Polski. W podziemiach katedry pochowanych jest także 15 książąt mazowieckich.W latach 1971-81, staraniem ówczesnego prezesa Towarzystwa Naukowego Płockiego Jakuba Chojnackiego, pracownie konserwacji zabytków w Szczecinie i Warszawie wykonały kopie oryginalnych Drzwi Płockich, znajdujących się w soborze św. Zofii w Nowogrodzie Wielkim. W lutym 1982 roku prymas Polski kardynał Józef Glemp poświęcił kopię drzwi podczas uroczystości w płockiej katedrze Wniebowzięcia Najświętszej Marii Panny. Drzwi znajdują się w kruchcie katedry.

Płock jest położony nad Wisłą, ok. 110 km na północny-zachód od Warszawy przy drodze nr 62 do Włocławka. Katedra znajduje się na Ostrowie Tumskim, obok zamku.

Zdjęcia wykonano w marcu 2015 roku.