Como la misma ciudad de Guatemala, fundada el 27 de julio de 1524, también la Iglesia Catedral conoció varios traslados y reconstrucciones. Para 1527 se ubicaba en el valle de Almolonga, donde hoy está San Miguel Escobar, donde se edificó un templo dedicado al señor Santiago, a quien tomaron como “patrón y abogado”. Ya para 1536-37, la modesta iglesia mayor de Santiago se convierte en Catedral por la designación del primer obispo de Guatemala. Ya para 1539, el propio obispo Marroquín escribe: “procuré hacer un templo el mejor que yo pudiese… está edificada la casa, retablo, coro, rejas, campanas, ornamentos, cruces de plata y cálices, lámpara...”. Esta Catedral duró poco en Almolonga, pues un deslave destruyó la ciudad la noche del 10 al 11 de septiembre de 1541. La Catedral sufrió pocos daños, pero inmediatamente se decidió el traslado de la ciudad al valle de Panchoy.
El diseño de la segunda Catedral estuvo a cargo del cantero Rodrigo Martínez Garnica, quien es contratado para construirla en 1542. Desarrollando un diseño que sigue el modelo catedralicio español, tenía nave central, dos laterales, dos de capillas, y coro situado en el tercero y cuarto tramos de la nave central para formar un eje con el altar mayor. En 1543 se realiza el traslado a esta nueva Iglesia, el día de la celebración de Corpus Christi, pues previamente funcionaba en lo que hoy es la Ermita de Santa Lucía. Pronto se señalan reformas al proyecto original. El obispo Marroquín se preocupa y trabaja en la construcción pero muere en 1563 sin ver concluida la obra. Aunque los trabajos son lentos, se continúan las mejoras y la construcción de sus capillas. En octubre de 1620 se termina la capilla de la Virgen del Socorro; la del Sagrario, iniciada en 1638, se inaugura el 9 de septiembre de 1659. Poco a poco van surgiendo las demás. En 1617 se acuerda que el gran escultor Quirio Cataño concluya el altar mayor de madera iniciado por Pedro Brizuela. En 1659 se construye una nueva capilla y bóveda para el altar del Cristo de los Reyes, lo cual va mostrando la necesidad de hacer cambios más profundos al templo que, hasta ese momento, tenía un techo de madera y tejas. Llego, entonces, el momento de decidir la demolición de este templo y construir otro, mejor diseñado y realizado. Esta decisión fue tomada en 1667 por el Ilmo. Dn. Juan de Santo Mathía Sáenz de Mañosca y Murillo, iniciándose la demolición en 1679 y prolongándose hasta 1671.