Pierwotny niewielki romański kościół kolegiacki pod wezwaniem Wniebowzięcia Najświętszej Marii Panny wzniósł w 1171 r. bp krakowski Gedeon. Zbudowano go na najwyższym wzniesieniu starych Kielc (280 m n.p.m.), częściowo na wzór fortecy - z dwiema wieżami strzelniczymi, całość z kamienia ciosanego. Na skutek wielokrotnych przeróbek (1514-1522): dobudowy zakrystii, kapitularza, prezbiterium budynek kościelny stracił swój pierwotny wygląd. Biskup Myszkowski przedłużył świątynię w kierunku ku zachodowi, biskup Jan Albrecht, syn Zygmunta III, przyozdobił wejście marmurowym portalem. Dalsze przebudowy w 1719 roku (zniesienie wież, dobudowa kaplic) nadały mu charakter wczesnobarokowej, trójnawowej bazyliki na planie prostokąta.
Wyposażenie wnętrza o charakterze późnobarokowym i rokokowym pochodzi w większości z XVIII w. Polichromia wnętrz wykonana została w 1898 r. przez malarzy krakowskich. Fasady kościoła o wczesnobarokowym charakterze zostały w znacznej części zrekonstruowane w drugiej połowie XIX w. Zdobią ją rzeźby Faustyna Cenglera, wykonane w 1870 roku, a przedstawiające m. in. świętych: Wojciecha, Stanisława, Piotra i Pawła. W latach 1912-1914 przebudowano chór oraz wykonano malowidła wzorowane na obrazach J. Matejki.
Na chórze znajdują się trzydziestogłosowe organy wiedeńskie z 1910 r.
Ołtarz główny, wykonany jest z drewna, barokowy - cały złocony. Rzeźby w ołtarzu są autorstwa znanego artysty Antoniego Frąckiewicza. W ołtarzu głównym znajduje się obraz namalowany przez Szymona Czechowicza w 1730 r., a przedstawiający Wniebowzięcie Matki Boskiej. U góry w oknach prezbiterium dwa witraże.
W lewej - północnej nawie wmurowana jest w ścianę rzeźba z 1646 r. przedstawiająca Matkę Boską z Dzieciątkiem, wykonana z bryły galeny z Karczówki, jednej z trzech wydobytych przez górnika Hilarego Malę. Służyła niegdyś jako ołtarz cechu gwarków i górników kieleckich.
Obok ołtarza, przy wschodniej ścianie nawy południowej, znajduje się otaczany kultem religijnym namalowany ok. 1600 roku obraz Matki Boskiej Łaskawej Kieleckiej (w 1991 r. papież Jan Paweł II dokonał jego koronacji). W nawie południowej znajduje się też wejście do krypt grobowych. Tuż obok wejścia renesansowy nagrobek Elżbiety z Krzyckich Zebrzydowskiej. Wykonał go w "marmurze chęcińskim" nadworny rzeźbiarz królów polskich Włoch Jan Maria Padovano. W nawie środkowej okazałe epitafia biskupów krakowskich. Obok ołtarza, w korytarzu znajdują się wejścia do zakrystii oraz znajdującego się na piętrze skarbca. Zgromadzono tam cenne dzieła sztuki sakralnej, dary króla Kazimierza Wielkiego m.in. gotycki kielich z 1362 roku, cenne zabytki rękopiśmiennictwa (Antyfonarz kielecki - 1372 r.) oraz kolekcję ornatów.
Kościół w swej najnowszej, dobudowanej części jest otynkowany. Po II wojnie światowej pokryty został blachą miedzianą.
Kościół katedralny uzyskał w 1970 roku na 800-lecie swego istnienia, godność bazyliki mniejszej - jest to najwyższa godność dla kościoła, co upamiętnia tablica umieszczona na zachodniej ścianie. Do 1870 roku teren przykościelny wykorzystywany był jako cmentarz. W średniowieczu cmentarz był nie ogrodzony, dopiero w 1598 roku zamknięto go ogrodzeniem i czterema bramkami.
Po prawej stronie wejścia znajduje się wzniesiona w 1760 r. kaplica Ogrójca. Wnętrza zdobią malowidła czterech ewangelistów, dach pokryty jest blachą miedzianą. Kaplicę wybudował Józef Rogalla. Obok kaplicy na kolumnie stoi figura św. Jana Nepomucena.
Z lewej strony wejścia głównego - dzwonnica, w dolnej swej części z XVII a górnej z XVIII w. Pierwotnie w XVI w. była to dzwonnica drewniana. Wewnątrz zawieszono trzy dzwony. Biskup Konstanty Felicjan Szaniawski czteroboczną dzwonnicę nadbudował, nadając w górnej części kształt ośmioboku i całość wieńcząc hełmem. Nową dzwonnicą przyozdobił w 1727 roku zegar z kurantem wybijający godziny i kwadranse. Obok dzwonnicy ustawiono figurę Niepokalanego Poczęcia Najświętszej Marii Panny (1760).
Naprzeciw dzwonnicy, na północnej ścianie, w zamurowanym portalu kościoła znajduje się marmurowa tablica - unikalny zabytek z okresu Oświecenia. Ufundował ją w 1782 r. przewodniczący powołanej w 1773 r. Komisji Edukacji Narodowej ks. prymas Michał Poniatowski. Tablica pełniła rolę elementarza i wzorca miar długości, podaje m.in. polskie jednostki długości, ciężaru i powierzchni przedstawiając zarazem podstawowy wzorzec miary długości - Łokieć Koronny. Wyryto także wzorzec stopy paryskiej i angielskiej, oraz litery alfabetu. Obok kościoła, w płn.-zach. narożniku cmentarza katedralnego znajduje się mogiła Wojciecha Bartosza Głowackiego, bohatera spod Racławic. Zmarł w Kielcach w 1794 r. na skutek odniesionych ran. W maju 1998 roku odsłonięto na zachodniej ścianie tablicę poświęconą Wincentemu z Kielc, Twórcy m.in. "Gaude Mater Polonia". Pierwotnie wisiała tam tablica z jednostkami miar. Odsłonięcie obecnej tablicy nastąpiło podczas uroczystości w święto Matki Boskiej Łaskawej Kieleckiej.