La cattedrale di Santa Maria Annunciata è il principale luogo di culto cattolico della città di Vicenza, sede vescovile della diocesi omonima.
Di origine paleocristiana, fu ricostruita varie volte; la cupola fu progettata da Andrea Palladio, così come probabilmente il portale laterale di settentrione e la cappella Almerico.

Studi compiuti nella seconda metà del Novecento attesterebbero la presenza di un ambiente dedicato al culto cristiano già nel III secolo, ricavato in un preesistente edificio romano del I secolo. Dopo l'Editto di Costantino del 313 qui sarebbe stata costruita la prima piccola chiesa, di forma rettangolare absidata, che nella seconda metà del V secolo (forse dopo il saccheggio di Vicenza da parte degli Unni, citato da Paolo Diacono) sarebbe stata ricostruita più grande e a tre navate. Intorno al 600 il primo vescovo di Vicenza, Oronzio, avrebbe sostituito questo edificio con uno più grande, rettangolare a tre navate, di dimensioni vicine a quelle attuali.

Intorno al 1000 questa chiesa, ormai la cattedrale della città, fu arricchita da un complesso di tre absidi. Danneggiata dal terribile terremoto del 1117, fu ancora una volta sostituita da una più grande a cinque navate sostenute da pilastri ed archi. Per riparare i danni ad essa apportati dal saccheggio della città operato dalle truppe di Federico II nel 1236, nella seconda metà del Duecento il vescovo Bartolomeo da Breganze dispose un nuovo intervento che, secondo lo stile delle altre chiese vicentine del tempo, la riportò a tre navate sostenute da volte. In questo periodo aumenta notevolmente la documentazione scritta e così sappiamo di donazioni e lasciti testamentari che permisero di arricchire la chiesa con ulteriori strutture, come il portale meridionale e alcune cappelle laterali, negli anni successivi e per tutto il Trecento.
L’aspetto attuale della cattedrale risale alla metà del Quattrocento: dal 1444 al 1467 fu costruita la facciata gotica, riparate le cappelle fino ad allora costruite e l'abside duecentesca. Nei secoli successivi continuarono i lavori e i rimaneggiamenti: la costruzione della nuova e attuale abside prese avvio sin dal 1482 su progetto di Lorenzo da Bologna – che ideò anche la cappella Trissino – ma nel 1531 risultava ancora incompiuta. Una prima temporanea copertura venne realizzata nel 1540, per corrispondere alla decisione papale di far ospitare a Vicenza ospiti il Concilio, poi tenutosi a Trento. Risalgono agli anni trenta del Cinquecento due delle prime opere di Andrea Palladio, l’altare maggiore e il sepolcro di Girolamo Bencucci da Schio vescovo di Vaison, alla seconda metà del secolo altre opere dell’architetto vicentino, il portale settentrionale e la costruzione del tamburo e della cupola. Seguirono interventi nei secoli successivi, in particolare i rifacimenti neogotici di metà dell’Ottocento, secondo i canoni allora in auge nell'Impero austriaco.

Durante la seconda guerra mondiale la cattedrale fu pesantemente colpita dai bombardamenti americani, che distrussero la cupola, gran parte della navata e lesionarono gravemente la facciata e le cappelle meridionali. I sontuosi affreschi che ricoprivano l'interno andarono irrimediabilmente perduti. La ricostruzione e i restauri iniziarono subito dopo il conflitto, ma si protrassero fino al 2002.

Il prospiciente Museo diocesano conserva vari reperti riferiti alla storia della chiesa e al suo sito.