W 1992 r. została utworzona diecezja bielsko-żywiecka, a dotychczasowy kościół parafialny pw. św. Mikołaja podniesiono do rangi katedry. W 1998 roku zrealizowano projekt architekta Stanisława Niemczyka, który dostosował prezbiterium do wymogów kościoła katedralnego.
27 listopada 2011 roku po raz pierwszy w historii bielskiej katedry w jej murach odbyły się święcenia biskupie. Wyświęcony został bp Piotr Greger, biskup pomocniczy diecezji bielsko-żywieckiej. Konsekracji dokonali: kardynał Stanisław Dziwisz, abp Celestino Migliore, nuncjusz apostolski w Polsce i bp Tadeusz Rakoczy, biskup diecezjalny bielsko-żywiecki.
Architektura thumb|220px|Neoromański portal katedry Współczesny wygląd katedra uzyskała dzięki przebudowie, której dokonano w latach 1909–1910 według projektu Leopolda Bauera.
Wtedy wzniesiono 61-metrową wieżę, przedłużono nawę główną i dobudowano nawy boczne. Wieża przypomina włoską kampanilę, wzorem dla niej była najprawdopodobniej dzwonnica św. Marka w Wenecji.
Ozdobiono ją stylizowanymi gałęziami winnej latorośli, symbolizującymi bożą miłość i Kościół. Na wieży, którą w 1998 r. nakryto miedzianą blachą, znajduje się zegar z 1918 roku.