C'est en 1239 que Raynaud décide de construire la cathédrale actuelle en s'appuyant sur les fondations d'une ancienne cathédrale romane.

A partir des années 1850, l'architecte quimpérois Joseph Bigot entreprend la restauration de l'édifice, principalement la mise en place d'un nouveau mobilier, du décor des chapelles et la commande de nouveaux vitraux détruits lors de la Révolution Française.

Sa réalisation la plus spectaculaire reste l'achèvement des deux tours avec la construction des flèches entre 1854 et 1856 financée par les quimpérois.A partir de 1989, une campagne de restauration est mise en œuvre. Achevée en décembre 1999, sa restauration est une véritable révélation de l'aspect d'une cathédrale à la fin du XV° siècle : restitution des polychromies intérieures avec réapparition des nervures traitées en ocre jaune et ocre rouge et chaulage général des parements. C'est une position opposée à celle du XIX° siècle qui avait imposé à la cathédrale une mise à nu austère assez éloignée de la volonté des premiers bâtisseurs.