Najlepiej zachowanymi fragmentami zrujnowanej katedry były Kaplica Baryczków i prezbiterium.
Zrekonstruowano ją w latach 1948–1956 wzorując się na planach pierwotnego kościoła z XIV wieku, według projektu odbudowy autorstwa Jana Zachwatowicza oraz Marii i Kazimierza Piechotków. Fasada odbudowywanej świątyni została oparta na akwareli Zygmunta Vogla z początku XIX wieku ukazującej odsłoniętą z tynku gotycką fasadę katedryZagrodzki T., Gotycka architektura katedry św. Jana w Warszawie, Warszawa 2000, s. 70-81. Została zbudowana w tzw. gotyku nadwiślańskim i wzorowana była również na fasadzie Kościoła Dominikanów św. ap. Piotra i Pawła w Chełmnie oraz Kościele św. Stanisława, św. Doroty i św. Wacława we Wrocławiu. Do 1952 funkcję prokatedry pełnił Kościół Wniebowzięcia Najświętszej Maryi Panny i św. Józefa Oblubieńca (seminaryjny)
Uroczystej konsekracji odbudowanej katedry dokonał 9 czerwca 1960 prymas Stefan Wyszyński.
W 1960 kościół otrzymał tytuł bazyliki mniejszej. Od 1994 jest miejscem Międzynarodowego Festiwalu Muzyki Organowej „Organy Archikatedry”.