W 1711 r. biskup Józef Lewicki (1710–1730) przeprowadził remont budowli oraz dobudował nawę poprzeczną. Ponieważ prace zostały przeprowadzone niedbale, w niedługim czasie budynek groził zawaleniem. W związku z tym biskup Felicjan Wołodkowicz (1731–1756) zlecił rozbiórkę obiektu oraz budowę większej świątyni. Pierwotną cerkiew ostatecznie rozebrano w 1735. Prace budowlane trwały do 1756. Końcową fazą prac budowlanych kierował biskup Maksymilian Ryłło (1756–1784). Wystrojem wnętrz zajął się lwowski artysta Michał Filewicz. Katedra została wybudowana według projektu Pawła Fontany, pod nadzorem architekta Tomasza Rezlera. Nadano jej styl zachodnioeuropejskiego baroku, upodabniając do świątyń rzymskokatolickich. Wnętrze pozbawiono cech cerkwi obrządku greckiego, powstał chór muzyczny, konfesjonały, ołtarz główny i pięć bocznych.
W 1802 r. świątynia spłonęła. W 1809 i w latach 1827–1839, za sprawą biskupa Ferdynanda Dąbrowy-Ciechanowskiego (1759–1828) odbudowano ją starając się nadać jej elewacjom zewnętrznym formy neoklasyczne. Fundusze pochodziły ze skarbu Królestwa Polskiego.