La cattedrale sorge sulle rovine dell'antica Chiesa della S.ma Trinità, costruita nel 1504 per volontà del feudatario Andrea de Capua come sede della confraternita dei Trinitari. 

Tale congregazione esisteva già nel 1490, con sede fuori le mura della città in quella che allora era la chiesa di San Pietro. Al termine della costruzione dell'edificio i componenti della confraternita dei trinitari e le loro famiglie si trasferirono nella zona circostante. 

La torre campanaria e la facciata furono costruite alla metà del XIX secolo. A causa della distruzione dovuta al terremoto del 1805, l'edificio fu riprogettato dall'arch. Musenga, autore anche di quello della chiesa di San Michele Arcangelo di Baranello; la ricostruzione avvenne tra il 1815 al 1829; il pronao esastilo fu costruito invece dal 1855 al 1859 con colonne di ordine ionico, come quelle interne. 

Nel 1860 la chiesa venne chiusa al culto ed utilizzata come caserma; nel 1915 inoltre l'edificio venne adibito a caserma. Solo nel 1927 con il trasferimento della diocesi da Bojano a Campobasso la chiesa riconquistò lo splendore che ancora la caratterizza e venne denominata cattedrale. 

La facciata in pietra è in stile neoclassico, con pronao formato da quattro colonne centrali e due pilastri laterali con capitelli ionici, che sorreggono un frontone triangolare. A sinistra della facciata sorge la torre campanaria. 

L'interno dell'edificio è suddiviso in tre navate, senza transetto; nelle navate laterali si aprono due cappelle: a destra quella del S.mo Sacramento, in cui è stato trasferito il coro restaurato recentemente, decorata con l'affresco dell'Ultima Cena dipinto nel 1933 da Amedeo Trivisonno; altri affreschi del pittore, conservati nella chiesa, sono la Moltiplicazione dei pani e dei pesci e la Consegna delle chiavi ed altri dipinti ad esso riconducibili si possono ammirare nella cappella del S.mo Rosario. La cappella di sinistra è dedicata a San Giuseppe e al Sacro Cuore.