La primitiva chiesa di San Giuliano, secondo la tradizione, è stata edificata in epoca normanna con annesso campanile, ad una sola navata decorata di stucchi arabo - normanni e con l'abside rivolta ad oriente. Il tempio è datato al 1282, in piena età aragonese, grazie all'iscrizione che era posta sull'architrave d'ingresso, dove era riportato il nome dell'architetto Magister Gofredus. Verosimilmente in questa data avvenne una delle prime riedificazioni documentate: altre ricostruzioni avvennero dopo il terremoto nel Val di Noto, Anno Domini 1542 e dopo il terremoto del Val di Noto del 1693.

 

Semidistrutto dal terremoto del 30 novembre, 10 dicembre 1542, fu prontamente restaurato, ad eccezione della sommità della torre campanaria, che rimase dimezzata e sulla quale nel 1575, il Consiglio dei Giurati fece installare un orologio.

 

I giurati il 23 aprile 1582 deliberarono d'elevare un nuovo tempio più ampio e più bello nello stesso sito, con prospetto rivolto ad oriente, affidandone l'incarico all'architetto Francesco Zagarella da Ragusa, coadiuvato dall'architetto messinese Giacomo Firini, laico gesuita. I lavori, iniziati nel 1598, si protrassero al punto di affidare nel 1627 l'incarico di un nuovo progetto all'architetto Simone Gullì.

 

La nuova chiesa di San Giuliano, costruita a croce latina con tre navate, a distanza di 60 anni, non resistette al catastrofico terremoto del 9 e 11 gennaio 1693, che sconvolse tutta la Sicilia orientale, che rovinò al suolo l'antico campanile, crollarono le volte dei soffitti e la stessa cupola.

 

Per la ricostruzione in stile toscano nelle forme attuali fu dato incarico all'architetto agrigentino Simone Mancuso, coadiuvato dal costruttore ed intagliatore palermitano Giuseppe Montes. Fu eliminata l'antica chiesa normanna, che l'architetto Gullì aveva conservato nell'interno, si servì di nuove e più alte colonne di pietra bianca per sorreggere le volte e la grande cupola, riprese dalle fondamenta un nuovo ed elegante prospetto, con sovrapposto campanile a trifora, che fu ultimato nel 1756. Si pavimentò il piano di calpestio con piastrelle bianche di maiolica.

 

Nella seconda metà del '700, furono ornate le pareti esterne di due artistici portali in pietra, progettati dall'architetto Natale Bonaiuto da Siracusa. Nel 1773, come riportato da una epigrafe posta su una delle porte minori del prospetto, il Comune fece sostituire l'orologio, che era stato sistemato sulla porta centrale, rimosso il vecchio ne fu collocato uno più "esatto" a spese della pubblica cassa, ad utilità dei cittadini.

 

Nei primi decenni dell'800 per volere del primo vescovo monsignore Gaetano Trigona e Parisi, gli interni furono stilisticamente rivoluzionati, tutte le colonne in stile toscano furono inglobate in massicci pilastri di stile corinzio, furono commissionati all'architetto palermitano Emanuele di Bartolo, il quale progettò tutta la decorazione di stucchi e pitture, coadiuvato dagli stuccatori Gaetano Signorelli siracusano, ed Agostino Perez palermitano, e del pittore e scultore Giuseppe Vaccaro.

 

Si devono a monsignore Benedetto Denti il rivestimento marmoreo dell'altare della Madonna della Mercede, il ripavimentazione in marmo bianco, e la costruzione di un piccolo soglio vescovile di legno.

 

Il 12 settembre 1816 papa Pio VII con la bolla pontificia Romanus Pontifex eresse la diocesi di Caltagirone ed elevò la chiesa di San Giuliano a cattedrale. Contestualmente la collegiata di San Giacomo Maggiore fu insignita del titolo di basilica minore.

 

Il prospetto fu progettato dall'architetto Saverio Fragapane nel 1908-13.