«Questa cattedrale che domina la pianura del Reno mi sarebbe rimasta impressa nella memoria in tutta la sua imponenza e grandezza, anche se non l’avessi mai più rivista», scrisse la scrittrice Anna Seghers. Anche a mille anni dalla sua
costruzione, l’imponente cattedrale continua a definire l’identità della città e ne ha plasmato la storia. Magonza, situata all'incrocio di antiche vie di comunicazione, divenne, grazie all'opera di San Bonifacio a partire dal 746/47, il centro ecclesiastico a nord delle Alpi; ottenne il titolo di «Santa Sede» quando Willigis (975-1011) regnò a Magonza.

Willigis, arcivescovo e al tempo stesso arcicancelliere dell’Impero tedesco, pose nel 975 la prima pietra della cattedrale, realizzata sul modello di San Pietro a Roma.
Nel corso dei secoli, nella cattedrale di Magonza si tennero sette incoronazioni reali. Tuttavia, il nuovo edificio non sopravvisse al giorno della consacrazione nell'agosto del 1009: un incendio distrusse la struttura e la cattedrale poté essere riutilizzata solo nel 1036. Willigis fu quindi sepolto nella chiesa di Santo Stefano.

A quel periodo risale l'elemento decorativo più antico conservato della basilica romanica a pilastri: le ante in bronzo del portale del mercato. L'iscrizione su questo portale cerimoniale indica il committente e l'artista. La cattedrale presenta tre navate, due cori e numerose cappelle annesse. Il coro occidentale, con l'altare maggiore, è dedicato a San Martino, mentre quello orientale è dedicato a Santo Stefano.

La Cattedrale di Magonza è ancora oggi circondata da un complesso di edifici quasi completo. Il “complesso della Cattedrale”, cresciuto nel corso dei secoli e realizzato in arenaria rossa, crea un contrasto con la Cappella di San Gottardo in stile romanico, che spicca per la sua pietra chiara e che l’arcivescovo Adalberto fece costruire prima del 1137 come cappella privata degli arcivescovi. Lì è custodito un crocifisso dell'epoca degli Staufer. Sul Leichhof, Ignaz Michael Neumann, figlio del famoso architetto barocco Balthasar Neumann, costruì nel 1778/79 le case della cattedrale. Le dotò di tetti in pietra a prova di incendio.

Nel corso dei secoli la cattedrale era andata a fuoco sette volte e la paura del fuoco era grande. Dopo un fulmine, nel 1767 Neumann dotò la torre occidentale del transetto di una nuova guglia, che nelle sue forme si rifà al piano campanario gotico. Anche in questo caso si utilizzò la pietra e non più il legno come in passato.

Il coro orientale, con le sue mura spesse oltre due metri, è la parte più antica della cattedrale. La sua torre del transetto era stata parzialmente distrutta nel 1793 dai bombardamenti su Magonza e fu ricostruita all’inizio del XIX secolo. L’architetto municipale Georg Moller progettò una cupola circolare in ferro, che in seguito fu rimossa per far posto a un tetto a punta in stile storicista. I capitelli del portale della Madonna, realizzati da scalpellini lombardi intorno al 1100, costituiscono un ornamento particolare. Nel XIX secolo, sotto il coro orientale, fu scoperta una cripta costruita nello stile dell’XI secolo.

Il coro occidentale in stile tardo-romanico fu costruito tra il 1200 e il 1239. La sua torre di crociera fu dotata nel XV secolo di una cella campanaria gotica. I banchi del coro in stile rococò intagliati del 1767 furono salvati dalla vendita dal vescovo Joseph Ludwig Colmar, nominato da Napoleone. Fu proprio Colmar a convincere l'imperatore dei francesi a non demolire la cattedrale dopo la secolarizzazione del 1803.

Dal 1928 i vescovi vengono sepolti nella nuova cripta sotto il coro occidentale. Degli 84 vescovi e arcivescovi che si sono succeduti dopo Bonifacio, 45 sono sepolti nella cattedrale. Numerosi monumenti funebri risalenti all’XI-XX secolo sono collocati sui pilastri e sulle pareti della chiesa e del chiostro. Le raffigurazioni, spesso idealizzate, dei dignitari ecclesiastici rispecchiano la storia della diocesi di Magonza. La loro completezza e il loro buono stato di conservazione rendono questa galleria di ritratti una delle attrazioni più importanti della cattedrale. Gli antichi affreschi e le vetrate non sono stati conservati. Gli affreschi nella navata centrale, realizzati su bozzetti del pittore Philipp Veit, associato ai Nazareni, risalgono al secolo scorso.

Una delle attrazioni principali è l'altare mariano nella Cappella Ketteler con la "bella donna di Magonza". Il gruppo scultoreo in legno in stile tardo-gotico (1510 circa) è opera dello scultore Hans Backoffen, dalla cui bottega provengono tre monumenti funebri presenti nella cattedrale.
Il chiostro del XV secolo è a due piani. Negli edifici annessi al capitolo vivevano un tempo i canonici. Oggi vi ha sede il Museo vescovile della cattedrale e della diocesi. Nelle sale espositive restaurate in stile tardo-gotico si possono ammirare tesori artistici religiosi del tardo Medioevo e dell'età moderna.