Kościół katedralny w Radomiu to trójnawowa bazylika z transeptem z dominującą rozetą i trzema portalami. Projekt nawiązuje do gotyku francuskiego, także poprzez zastosowanie systemu przypór i łuków odporowych. Wysokie, 72-metrowe wieże swym kształtem nawiązują do wyższej wieży kościoła Mariackiego w Krakowie. Wnętrze radomskiej katedry swą lekkością i strzelistością przypomina wnętrza zachodnioeuropejskich kościołów gotyckich.

W środkowej części ołtarza, w niszy umieszczono figurę patronki katedry Matki Bożej z Dzieciątkiem na ręku. Rzeźbę wykonano z białego marmuru kararyjskiego w Rzymie. Całość może być zasłaniana obrazem „Przemienienie Pańskie” namalowanym na blasze miedzianej przez Jana Strzałeckiego.

- Radomska katedra to matka wszystkich kościołów w naszej diecezji - mówi biskup Marek Solarczyk:

Poniżej prezentujemy kalendarium ważnych wydarzeń w historii katedry

1873 – Biskup sandomierski Józef Juszyński zwraca się z prośbą do namiestnika carskiego hrabiego Berga o pomoc w budowie nowego kościoła w Radomiu.

1876 – Na zlecenie ks. Józefa Urbańskiego, proboszcza parafii radomskiej budowniczy Antoni Wąsowski wykonał dwa projekty nowej świątyni, które ze względu na brak zgody cara na budowę zostały odłożone ad acta.

1886 – Pierwsza ofiara na budowę – Zdzisław Szemianowski złożył 5 rubli.

1890 – Ks. J. Urbański na łamach Gazety Radomskiej uzasadnia potrzebę budowy nowego kościoła i apeluje o składanie ofiar na ten cel. Sam deklaruje 1000 rubli. Zaczynają napływać ofiary m.in. od kolejarzy.

1895 – Zawiązuje się komitet obywatelski, który występuje do gubernatora o zezwolenie na przeprowadzenie publicznej zbiórki pieniędzy i pozwolenie na budowę. Przedstawiciele komitetu oglądają kościoły w Policznie i na warszawskiej Pradze. Prace projektowe zlecają architektowi prof. Józefowi Piusowi Dziekońskiemu.

1896 – Józef Dziekoński przedstawia plan kościoła z uwagą: „Projekt zrobiłem, o ile sam sądzić mogę lepszy znacznie niż dla Pragi i to mnie bardzo cieszy, że tak się udało…” Ks. Biskup Antoni Sotkiewicz aprobuje projekt. Józefa Łącka przeznacza 30 000 rubli na nowy kościół. Z tej darowizny kupiono 2 morgi ziemi na wzniesieniu, obok Nowego Ogrodu i opłacono prace projektowe.

1909 – Zawieszenie w prawej wieży trzech dzwonów o imionach: św. Michał, św. Józef i św. Piotr.

1911 -Ustawienie w transepcie dwóch ołtarzy bocznych, ufundowanych przez Karola Staniszewskiego. Ułożenie terrakotowej posadzki wykonanej w radomskim Marywilu.

1913 – Oddanie do użytku 23-głosowych organów, wykonanych przez firmę St. Jagodzińskiego.

1916 – Uroczyste poświęcenie tablicy pamiątkowej poświęconej Henrykowi Sienkiewiczowi, z udziałem uczniów szkół radomskich: Ś.P. Wielkiemu Pisarzowi, Henrykowi Sienkiewiczowi, Obrońcy Dzieci Polskich, Dziatwa Szkół Początkowych M. Radomia. 1916 r.

1918 – Sfinalizowanie prac wykończeniowych we wnętrzu. Wymiana dachówki na blachę, w części miedzianą.

1921 – 28 kwietnia erygowanie przez biskupa sandomierskiego Mariana Ryxa parafii p w. Opieki Najświętszej Maryi Panny. Proboszczem zostaje ks. Kazimierz Sykulski.

1926 – Stefan Wrocławski (1899 – 1972), absolwent Konserwatorium Muzycznego w Warszawie obejmuje stanowisko organisty.

1929 – 31 stycznia ks. prałat Sykulski zostaje przeniesiony na probostwo do Końskich. Powołanie ks. prałata Dominika Ściskały na proboszcza. Ufundowanie przez Marię Wodzińską z Suchej ołtarza dla młodzieży, z figurką Dzieciątka Jezus.

1931 – 27-29 czerwca – Kongres Eucharystyczny Diecezji Sandomierskiej. Wcześniej w ciągu 49 dni wybudowano za kościołem wielką Halę Kongresową. Zakupienie narożnego domu przy ul. Sienkiewicza 13 z przeznaczeniem na plebanię.

1936 – Ks. bp Paweł Kubicki uroczyście konsekruje pięć bocznych ołtarzy.

1939 – Należącą do parafii Halę Kongresową hitlerowcy zamieniają na tymczasowy obóz jeńców wojennych. Część uwięzionych przetrzymywano także w kościele.

1941 – 11 grudnia – męczeńska śmierć w obozie koncentracyjnym w Oświęcimiu ks. Kazimierza Sykulskiego. Kilkukrotne próby rabunku dzwonów przez okupantów hitlerowskich. Problemy techniczne z ich zdjęciem udaremniły rekwizycję.

1943 – Wykonanie przez arch. Kazimierza Prokulskiego bardzo ambitnych i szeroko zakrojonych planów przebudowy kościoła i zagospodarowania jego otoczenia, łącznie z budową obszernego domu parafialnego. Projektu nie zrealizowano.

1945 – 4 maja umiera ks. prob. D. Ściskała, szambelan honorowy Ojca Świętego (ur. w 1887 r. na Śląsku). Nowym proboszczem zostaje ks. prałat Stanisław Koprowski.

1947 – 10 sierpnia umiera ks. Koprowski. Proboszczem zostaje mianowany ks. prałat dr Henryk Gierycz.

1949 – 22 maja ks. biskup Jan Kanty Lorek udziela święceń kapłańskich 9. diakonom.4 września umiera ks. Gierycz (ur. w 1887 r.). Proboszczem zostaje ks. kan. dr Jan Wiącek.

1952 – Na plebanii zamieszkali: ks. Władysław Paciak artysta malarz, konserwator diecezjalny i ks. Włodzimierz Sedlak doktor nauk matematyczno-przyrodniczych, późniejszy twórca bioelektroniki, profesor KUL-u.

1953 – 7 grudnia ks. Jan Wiącek zostaje przeniesiony do Koprzywnicy, a tymczasowe administrowanie parafią powierzono o ks. Kazimierzowi Dunikowskiemu.

1954 – lipiec – ks. kanonik Wacław Pośpieszyński zostaje mianowany proboszczem.

1961 – 30 marca umiera ks. Pośpieszyński (ur. 1895). Administratorem parafii zostaje ks. mgr Wojciech Staromłyński.

1962 – 11 czerwca – konsekracja kościoła przez bpa Piotra Gołębiowskiego.

1965 – Ks. mgr Wojciech Staromłyński, po długo oczekiwanej zgodzie władz państwowych zostaje mianowany proboszczem.

1966 - 14-17 kwietnia – uroczystości dziękczynne za Tysiąclecie Chrześcijaństwa w Polsce z udziałem kardynała Stefana Wyszyńskiego.

1968 – 5-6 października – uroczystości jubileuszu „150-lecia Diecezji Sandomierskiej” z udziałem Prymasa Polski, kardynała Stefana Wyszyńskiego.

1972 – 18 czerwca – powrót na trasę nawiedzenia kopii obrazu Matki Bożej Częstochowskiej. Uroczystej Mszy Świętej przewodniczy kardynał Karol Wojtyła, kazanie głosi Prymas Polski, kardynał Stefan Wyszyński. Umiera organista Stefan Wrocławski, organizator i dyrygent chórów. W kościele Mariackim pracował 46 lat.

1979 – Początek remontu kościoła.

1981 – 28 marca Jan Paweł II mianował bpa dr. Edwarda Materskiego Ordynariuszem Diecezji Sandomierskiej.

12 kwietnia – Niedziela Palmowa – dzień po ingresie do katedry sandomierskiej, ks. bp Edward Materski uroczystą Mszą Świętą na placu przed kościołem rozpoczyna posługę pasterską w diecezji.

3 października – rozpoczęcie obchodów 500-lecia pobytu św. Kazimierza Jagiellończyka w Radomiu. Ks. bp Bronisław Dąbrowski ogłasza przemianowanie diecezji sandomierskiej na sandomiersko-radomską. Kościół Mariacki otrzymuje tytuł konkatedry.

1983 – 18 września abp Bronisław Dąbrowski przekazuje decyzję Jana Pawła II o ogłoszeniu św. Kazimierza Patronem Radomia. Poświęcenie wybudowanego obok plebanii, w latach 1982-83, Centrum Katechetycznego im. Jana Pawła II. W budynku zamieszkali diakoni Seminarium Duchownego.

1984 5–16 czerwca: Obrady 201 Konferencji Plenarnej Episkopatu Polski w Radomiu.

1985 – 12 maja przed frontonem konkatedry Prymas Polski kardynał Józef Glemp udziela sakry biskupiej ks. dr. Adamowi Odzimkowi.

1986 – 25 czerwca – erygowanie przez Jana Pawła II, z inicjatywy bpa Edwarda Materskiego, kapituły konkatedralnej św. Kazimierza.

1987 – 8 maja – Prymas Polski, kardynał Józef Glemp udziela sakry biskupiej ks. dr. Marianowi Zimałkowi.14-23 maja – II Diecezjalny Kongres Eucharystyczny.

1988 – 28 sierpnia – umiera wieloletni proboszcz, ks. infułat Wojciech Staromłyński (ur. w 1907 r.).22 października – proboszczem zostaje ks. mgr Marian Cukrowski.

1989 – Zakończenie prac remontowych we wnętrzu (nowe tynki, sgrafitta i polichromie wykonał p. Klaryska z Torunia), renowacji ołtarzy i wyposażenia oraz częściowej wymiany blachy na dachu.

1991 – 4 czerwca – wizyta Jana Pawła II w Radomiu. W drodze z Wyższego Seminarium Duchownego na lotnisko Ojciec Święty nawiedza konkatedrę i święci tablicę pamiątkową ku czci sługi Bożego bpa Piotra Gołębiowskiego.

1992 – 25 marca – powołanie, na mocy bulli papieskiej „Totus Tuus Poloniae Populus”, diecezji radomskiej, której ordynariuszem zostaje ks. bp Edward Materski. Konkatedra staje się katedrą. Patronem diecezji zostaje ogłoszony św. Kazimierz. 11 kwietnia Prymas Polski, kardynał Józef Glemp udziela sakry biskupiej ks. dr. Stefanowi Siczkowi.

1994 – 6 stycznia zakończenie procesu beatyfikacyjnego na szczeblu diecezji Sług Bożych: ks. Kazimierza Grelewskiego, ks. Stefana Grelewskiego, ks. Franciszka Rosłańca, ks. Bolesława Strzeleckiego, ks. Kazimierza Sykulskiego.

1996 – 16 lutego – nawiedzenie katedry przez figurę Matki Bożej Fatimskiej.

1997 – 11 maja – zamknięcie diecezjalnego procesu beatyfikacyjnego Sługi Bożego bpa Piotra Gołębiowskiego.

1999 – 13 czerwca – Jan Paweł II w Warszawie dokonuje beatyfikacji 108 męczenników, wśród nich pierwszego proboszcza- ks. Kazimierza Sykulskiego.Ojciec Święty przyjmuje, po ukończeniu wieku kanonicznego, rezygnację Pierwszego Biskupa Radomskiego, ks. bp. Edwarda Materskiego.

21 sierpnia – uroczysty ingres ks. bp. dr. Jana Chrapka do katedry.

2000 – 3-5 marca – diecezjalne uroczystości Jubileuszu Anno Domini 2000.

2001 – inauguracja cyklu spotkań „Modlitwy Katedr Polskich – Verba Sacra” w wykonaniu największych artystów scen polskich; koncert orkiestry „Sinfonia Varsovia” pod batutą Krzysztofa Pendereckiego; pochowanie w katedrze ks. biskupa Jana Chrapka.

2002 – 19 stycznia umiera proboszcz ks. infułat Marian Cukrowski (ur. 1928).

25 maja – uroczystości święceń biskupich i ingres ks. bp. Zygmunta Zimowskiego. Głównym konsekratorem był kardynał Joseph Ratzinger, Prefekt Kongregacji Nauki Wiary. Po ingresie kardynał Józef Glemp poświęcił przed katedrą pomnik Prymasa Tysiąclecia Stefana Kardynała Wyszyńskiego w 30-lecie powrotu, w tym miejscu, na szlak nawiedzenia obrazu Matki Bożej Częstochowskiej.

29 czerwca – mianowanie ks. kan. Edwarda Poniewierskiego, dotychczasowego kanclerza Kurii Diecezjalnej, proboszczem parafii katedralnej.

24 listopada – Uroczystości Jubileuszowe 400-lecia kanonizacji św. Kazimierza z udziałem bpa Aleksandra Kaszkiewicza z Grodna.

2003 - rozpoczęcie w katedrze wieczystej adoracji Najświętszego Sakramentu.

2006 - rozpoczęcie drugiego nawiedzenia obrazu MB Częstochowskiej w udziałem kard. Stanisława Dziwisza.

2009 - Ingres do katedry Opieki Najświętszej Maryi Panny w Radomiu bpa Henryka Tomasika.

2014 - Ks. Krzysztof Ćwiek został nowym proboszczem parafii katedralnej.

2015 - Otwarcie Muzeum katedralnego w Radomiu

2016 - Zakończenie remontu katedry: przeprowadzono m.in. konserwację elewacji, remont dachu oraz wymianę systemu ogrzewania.

2016 - Arcybiskup Zygmunt Zimowski został pochowany w katedrze w Radomiu, w kaplicy Matki Bożej Częstochowskiej.

1.12.2018 - Bp Henryk Tomasik rozpoczyna proces beatyfikacyjny Sługi Bożego ks. Romana Kotlarza,

19.09.2020 - Zakończenie II Synodu Diecezji Radomskiej

27.01.2021 - Ingres do katedry bp. Marka Solarczyka.