A primeira igreja de Belém foi construída provisoriamente dentro do Forte do Presépio e já era dedicada a Nossa Senhora da Graça. Poucos anos depois foi transferida para o atual Largo da Sé, numa construção precária, já dedicada a Santa Maria de Belém[1]. No século seguinte, em 1719, a Diocese do Maranhão é desmembrada a pedido de D. João V e Belém passa a sediar a recém-criada Diocese do Pará, ganhando direito a honras de Sé Episcopal a sua igreja matriz.
As obras da atual edificação, construída no mesmo local da primitiva igreja, tiveram início no ano de 1748. Data dessa época a planta geral da igreja e os níveis inferiores da fachada, incluindo o portal principal, de feição barroca pombalina. Após algumas interrupções, a direção das obras foi assumida em 1755 por Antônio José Landi, arquiteto italiano chegado a Belém em 1753, que deixou vasta obra na região. Landi terminou a fachada, acrescentando as duas torres e o frontão. As torres, semelhantes às da Igreja das Mercês de Belém, também projetadas por Landi, não têm paralelos no mundo luso-brasileiro e são inspiradas em modelos bolonheses, região de origem do arquiteto. O imponente frontão, ladeado por pináculos piramidais neoclássicos, tem um perfil mais barroco-rococó e contém um nicho com uma estátua de Nossa Senhora. A construção foi totalmente concluída em 1782.