Le 20 mars 1402 débuta la reconstruction de l'église sur le site d’une ancienne, d'époque médiévale, sous la direction de mastro Giovanni Borri. Il s'agit de la cathédrale actuelle bâtie vers l'an mille et reconstruite à partir de 1402.
L'église médiévale, construite probablement avant la fondation de la Commune, avait été érigée au même emplacement que celle d'aujourd'hui mais ses dimensions étaient plus modestes. Il ne reste d'elle que quelques chapiteaux en pierre qui ont été réutilisés lors de la reconstruction de 1402 pour décorer les demi-colonnes du Chœur et les dernières arcades des bas- côtés.
La reconstruction s'acheva après 1402 mais il a fallu plus d'un siècle supplémentaire pour terminer les travaux de finitions et d'embellissements.
Le plus vieux témoignage de la reconstruction de l'église nous est donné par l'inscription lapidaire verte scellée aujourd'hui près de la porte gauche de la façade et qui nous rappelle la date du début des travaux dirigés par mastro Giovanni Bori. L'église fut ensuite agrandie aux XVIIIe et XIXe siècles par volonté royale afin que l'église soit plus représentative de son nouveau rôle de cathédrale dès lors que Biella était devenue diocèse. Il ne reste plus aucune trace des anciennes chapelles de l'église avant son élévation au rang de cathédrale. Les travaux d'agrandissement ont été confiés à l'architecte-ingénieur Ignazio Giulio de Turin par le roi Charles- Emmanuel II qui les avait commandés.
Un rapport minutieux de l'architecte Giulio offre une description de l'ancienne église avec des détails jusqu'alors inconnus, il décrit également avec précision les interventions prévues dans son projet.
Mais de ce projet, ne seront effectivement réalisés que: l'ouverture des fenêtres ovales le long de l'église, le réajustement du sol des deux nefs, la grande sacristie, la salle capitulaire, l'agrandissement des transepts dans les deux chapelles de l'Epiphanie et du Très Saint Sacrement.
Monseigneur Canaveri consacra l'église le 16 juin 1802, en pleine période de domination napoléonienne. Les événements qui ont amené la chute du royaume piémontais et l'installation du régime napoléonien ont contribué à arrêter la ferveur qui avait été mise à agrandir et embellir la cathédrale.
Après la disparition de l'architecte Ignazio Giulio vers 1817, c'est l'architecte Nicola Martiniano Tarino qui prendra la direction des travaux de la cathédrale.
L'intervention la plus ambitieuse a consisté dans l'allongement des trois nefs de l'église mais d'importants travaux ont aussi concerné la construction d'une nouvelle façade et d'un vaste portique selon un projet de l'architecte de Biella, Felice Marandono.
Ce dernier propose une architecture éclectique à travers un langage néo-gothique enrichi d'éléments néo-classiques et d'inspiration égyptienne.
En 1926, une dernière phase de rénovation de la cathédrale et du clocher sont venus s'inscrire sur les précédentes. Les travaux d'agrandissement des XVIIIe et XIXe siècles suivis des restaurations du XXe ont contribué à donner à la cathédrale de Biella son identité complexe et son aspect stratifié.