Yazar Anna Seghers şöyle yazmıştı: "Ren Ovası'nın üzerinde yükselen bu katedral, bir daha hiç görmesem bile tüm ihtişamı ve büyüklüğüyle hafızamda kalırdı." Bu
muazzam katedral, inşa edilmesinden bin yıl sonra bile şehrin simgesi olmaya devam ediyor ve şehrin tarihini şekillendirmiştir. Eski halk yollarının kesiştiği noktada bulunan Mainz, 746/47'den itibaren Aziz Bonifatius'un etkisiyle Alpler'in kuzeyindeki dini merkez haline geldi; Willigis (975-1011) Mainz'da hüküm sürdüğü dönemde "Kutsal Makam" unvanını aldı.

Alman İmparatorluğu'nun başpiskoposu ve aynı zamanda başkanseri olan Willigis, 975 yılında Roma'daki Aziz Petrus Bazilikası'nı örnek alarak katedralin temelini attı.
Yüzyıllar boyunca Mainz Katedrali'nde yedi kral taç giyme töreni gerçekleştirildi. Ancak yeni bina, Ağustos 1009'daki kutsama törenini atlatamadı; bir yangın binayı tahrip etti ve katedral ancak 1036'da yeniden kullanılabilir hale geldi. Bu nedenle Willigis, St. Stephan'a defnedildi.

Roman tarzı sütunlu bazilikanın günümüze ulaşan en eski dekoratif öğesi, bu döneme aittir: Pazar Kapısı’nın bronz kapı kanatları. Bu tören kapısının üzerindeki yazıt, yapının mimarını ve sanatçısını belirtmektedir. Katedralin üç nef, iki korosu ve çok sayıda ek şapeli bulunmaktadır. Ana mihrapın bulunduğu batı korosu Aziz Martin’e, doğu korosu ise Aziz Stephan’a adanmıştır.

Mainz Katedrali hâlâ neredeyse tamamen çevreleyen binalarla çevrilidir. Yüzyıllar boyunca büyüyen kırmızı renkli kumtaşından oluşan "Katedral Dağı", 1137'den önce Başpiskopos Adalbert tarafından başpiskoposların özel şapeli olarak inşa edilen ve açık renkli taşlarla öne çıkan Roman tarzındaki Gotthard Şapeli ile tezat oluşturmaktadır. Orada Staufer döneminden kalma bir haç saklanmaktadır. Ünlü Barok mimar Balthasar Neumann'ın oğlu Ignaz Michael Neumann, 1778/79 yıllarında Leichhof'ta Katedral Evleri'ni inşa etti. Bu evleri yangına dayanıklı taş çatılarla donattı.

Yüzyıllar boyunca katedral yedi kez yanmış ve yangın korkusu çok büyüktü. Bir yıldırım çarpmasının ardından, 1767'de Neumann, batı kesişme kulesine, Gotik çan katının formlarına atıfta bulunan yeni bir kule tepesi ekledi. İnşaat yine taştan yapıldı, eskisi gibi ahşaptan değil.

İki metreden fazla kalınlığa sahip duvarlarıyla doğu korosu, katedralin en eski bölümüdür. Çapraz kulesi, 1793 yılında Mainz’a yapılan bombardıman sırasında kısmen tahrip olmuş ve 19. yüzyılın başlarında yeniden inşa edilmiştir. Şehir mimarı Georg Moller, yuvarlak bir demir kubbe tasarlamış, ancak bu kubbe daha sonra tarihi tarzda bir sivri çatı yapılmak üzere kaldırılmıştır. Liebfrauenportalı'nın başlıkları, 1100 civarında Lombard taş ustaları tarafından yapılmış olup, özel bir süsleme unsurudur. 19. yüzyılda, Doğu Koro'nun altında 11. yüzyıl tarzında inşa edilmiş bir kripta bulunmuştur.

Geç Romanesk tarzındaki batı korosu 1200 ile 1239 yılları arasında inşa edilmiştir. Koro kulesi, 15. yüzyılda Gotik tarzda bir çan odası ile donatılmıştır. 1767 tarihli oymalı Rokoko korosu koltukları, Napolyon tarafından atanan Piskopos Joseph Ludwig Colmar tarafından satılmaktan kurtarılmıştır. Colmar, 1803'teki sekülerleşme sonrasında Fransız İmparatoru'nu katedrali yıkmamaya ikna eden kişidir.

1928'den beri piskoposlar, batı korosunun altındaki yeni kriptada defnedilmektedir. Bonifatius'tan sonra görev yapmış 84 piskopos ve başpiskoposun 45'i katedralde defnedilmiştir. 11. yüzyıldan 20. yüzyıla kadar uzanan birçok mezar anıtı, kilisenin ve manastır avlusunun sütunlarına ve duvarlarına yerleştirilmiştir. Kilise yetkililerinin genellikle idealize edilmiş tasvirleri, Mainz Piskoposluğu'nun tarihini yansıtmaktadır. Tamlığı ve iyi korunmuş olması, bu portre galerisini katedraldeki en önemli turistik yerlerden biri haline getirmektedir. Eski duvar ve vitray resimleri günümüze ulaşmamıştır. Nazarenler akımına mensup ressam Philipp Veit'in tasarımlarına göre orta nefteki duvar resimleri, geçen yüzyıldan kalmadır.

Ketteler Şapeli'ndeki "Güzel Mainzer" figürünün bulunduğu Meryem Ana Altarı, ziyaretçilerin ilgisini çeken bir noktadır. Geç Gotik dönemine ait bu ahşap heykel grubu (1510 civarı), heykeltıraş Hans Backoffen'in izinden gitmektedir; katedraldeki üç mezar anıtı da onun atölyesinden çıkmıştır. 15. yüzyıldan
kalma manastır avlusu iki katlıdır. Eskiden katedralin rahipleri, katedrale bitişik manastır binalarında yaşıyordu. Bugün bu binalar, Piskoposluk Katedral ve Piskoposluk Müzesi'ne ev sahipliği yapmaktadır. Restore edilmiş geç Gotik sergi salonlarında, geç Orta Çağ ve modern dönemden kalma dini sanat eserleri hayranlıkla izlenebilir.