Nhà thờ Phủ Cam nằm trên ngọn đồi nhỏ có tên là Phước Quả, thuộc phường Phước Vĩnh, ở bờ nam sông Hương, TP Huế. Công trình có một vị trí đẹp, với không gian rộng lớn, xung quanh có nhiều công trình khác của Giáo hội. Đây là một trong những giáo đường lớn nhất, nổi tiếng nhất xứ Huế và có lịch sử khá lâu đời.

Nhà thờ Phủ Cam là một công trình có giá trị cao về lịch sử và nghệ thuật kiến trúc; và đây cũng là một tác phẩm tiêu biểu, quý giá của kiến trúc sư Ngô Viết Thụ để lại cho thành phố Huế, cùng với những công trình khác như Viện Đại học Huế, Đại học Sư phạm Huế, Khách sạn Hương Giang, Khách sạn Century. Công trình là một dấu ấn kiến trúc hiện đại và xứng đáng là một di sản thời đại mới của Huế.

 Ban đầu nhà thờ Phủ Cam là nhà nguyện Phủ Cam được xây dựng bằng tranh tre tại Xóm Đá, sát bờ sông An Cựu, do Linh mục Langlois (1640-1770) thực hiện vào năm 1682. Chỉ hai năm khi có điều kiện thuận lợi, chính Linh mục này đã và mua đất trên đồi Phước Quả để xây dựng công trình mới bằng đá to lớn và kiên cố hơn. Đến đời chúa Nguyễn Phúc Chu (1691-1725), nhà thờ cũ ấy đã bị triệt giải hoàn toàn vào năm 1698.

Sau hai thế kỷ với bao thăng trầm của lịch sử, năm 1898, Giám mục Eugène Marie Allys cho xây dựng nhà thờ Phủ Cam mới bằng gạch lợp ngói khá đồ sộ. Công trình hoàn thành xây dựng vào năm 1902, theo phong cách kiến trúc Gothic. Tuy nhiên, nhà thờ này lại bị thay thế vào thập niên 60 của thế kỷ 20, bởi nhiều lý do như công trình ngày càng chật hẹp so với số lượng giáo dân địa phương tăng cao.

 Năm 1960, Tổng Giám mục Phêrô Máctinô Ngô Đình Thục từ Vĩnh Long về nhận chức Tổng Giám mục Huế, ông đã lập kế hoạch xây nhà thờ Phủ Cam mới. Đầu năm 1963, ông cho triệt giải nhà thờ cũ và xây dựng nhà thờ mới rộng hơn theo đồ án thiết kế của kiến trúc sư Ngô Viết Thụ. Đó chính là nhà thờ chính tòa Phủ Cam hiện tại.

Trải qua những biến động thăng trầm của thời cuộc và chiến tranh, tới tháng 5/2000, nhà thờ Phủ Cam do kiến trúc sư Ngô Viết Thụ thiết kế mới thực sự hoàn thành.

 Nhà thờ có mặt bằng kinh điển hình cây thánh giá, đỉnh cây thánh giá hướng về phía nam, chân cây thánh giá hướng về phía bắc là hướng chính của nhà thờ. Mặt chính nhà thờ có bố cục đăng đối với khối sảnh và thánh đường ở giữa, hai tháp chuông vươn cao hai bên. Nhà thờ được xây dựng theo kỹ thuật hiện đại với vật liệu bê tông cốt thép. Hệ kết cấu chịu lực cũng chính là yếu tố chủ đạo của kiến trúc, nội thất công trình.

 Cùng với hệ kết cấu bê tông cốt thép là các vật liệu truyền thống như đá, gỗ, ngói đất nung. Cửa sổ tường biên nhà thờ được tổ hợp từ những vòm cuốn cùng cây thánh giá.

 Các yếu tố địa phương, khí hậu được nghiên cứu kỹ với những vòm cửa và hiên sâu tránh nắng mưa.

 Các trụ đỡ mái thánh đường được bố trí sát chân tường biên, uốn cong vươn lên tạo thành vòm mái, mềm mại như đôi bàn tay chắp lại khi cầu nguyện. Lòng nhà thờ rộng kê những dãy ghế dài có thể chứa được 2.500 người dự lễ. Hai bên tường nhà thờ được trang trí bằng những bức tranh khung gỗ thể hiện về cuộc đời của Chúa Giêsu.

Công trình không có những trang trí rườm rà như những nhà thờ cổ điển thường thấy song không vì thế mà khô cứng. Kiến trúc sư Ngô Viết Thụ đã tài tình khi kết hợp kết cấu và kiến trúc, kiến trúc và nội thất, hình khối và đường nét, hình khối và vật liệu… tạo nên một nhà thờ hiện đại, khoáng đạt mà vẫn gần gũi.

 Những cây thánh giá trên các vòm cửa được viền kính màu xanh nổi bật và tăng sự huyền ảo của ánh sáng khi chiếu từ ngoài vào sảnh.

 Ban thờ chính được đặt sát vào phần lõm phía sau của lòng nhà thờ và nằm trên một bệ cao trang nghiêm. Cây thánh giá được làm bằng một cây thông già trên đồi Thiên An có tượng Chúa bị đóng đinh.

Ở hai phía ban thờ chính là hai không gian tưởng niệm. Bên trái là nơi thiết lập bàn thờ Thánh tử vì đạo Tống Viết Bường, người gốc Phủ Cam bị giết năm 1833. Bên phải là phần mộ cố Tổng Giám mục Nguyễn Kim Điền (1921-1988), người có nhiều công lao nhất trong việc xây dựng nhà thờ này.