Năm 1850, Toà Thánh Vatican chia giáo phận Tông tòa Tây Đàng Trong thành giáo phận Tông tòa Nam Vang và Giáo phận Tông tòa Tây (Sài Gòn). Giáo phận Nam Vang gồm cả phần đất thuộc giáo phận Cần Thơ, Long Xuyên và một phần giáo phận Vĩnh Long và Mỹ Tho hiện nay[1].
Năm 1899, dưới thời Giám mục Bouchut - Giám mục Địa phận Nam Vang, linh mục Duquet (Hội Thừa sai Paris) làm linh mục chánh sở họ Cầu Xéo đã khởi công xây cất nhà thờ với ước tích kinh phí khoảng 700.000 đồng. Đây cũng là năm thành lập họ đạo[2].
Hang đá Đức Mẹ Lộ Đức trong khuôn viên nhà thờ.
Công việc xây cất chưa hoàn thành, thì Giám mục Bouchut thuyên chuyển ông về làm Giám đốc Đại Chủng viện Nam Vang. Sau đó công trình được linh mục Larrabure khánh thành năm vào năm 1916.
Ngày 24 tháng 11 năm 1960 với sắc lệnh Venerabilium Nostrorum, hàng giáo phẩm Việt Nam được thiết lập, nhà thờ họ Cầu Xéo khi đó trở thành nhà thờ Chính Toà Cần Thơ. Giám mục Philipphê Nguyễn Kim Điền được tấn phong làm Giám mục cai quản giáo phận Cần Thơ, thay thế Giám mục Phaolô Nguyễn Văn Bình về làm Tổng Giám mục giáo phận Sài Gòn.
Nhà thờ có diện tích khoảng 300m2, cao 8m. Mặt bằng có dạng hình thánh giá và không có tháp chuông[3]. Trong lòng nhà thờ còn có phần mộ của Giám mục Giacôbê Nguyễn Ngọc Quang và Giám mục Emmanuel Lê Phong Thuận.
Số giáo dân ngày càng đông do đó, cuối năm 1993, nhà thờ được sửa lại phần cung thánh và mở thêm 2 cánh nhằm đáp ứng nhu cầu dự lễ của giáo dân.