Obecny kościół katedralny w Gorzowie Wielkopolskim jest kościołem mariackim, czyli poświęconym Najświętszej Maryi Pannie. Jest to najstarsza budowla w mieście. Została zbudowana w drugiej połowie XIII wieku jako miejski kościół parafialny. Pierwotnie zaplanowany jako romańska bazylika, kościół ostatecznie otrzymał formę gotyckiej pseudo-bazyliki. Przez kolejne lata był rozbudowywany i bogato wyposażany. Do czasów reformacji wewnątrz kościoła znajdowało się 17 ołtarzy.
W roku 1537 mieszkańcy przeszli na luteranizm i wnętrze kościoła stopniowo było przystosowywane do potrzeb wyznania ewangelickiego. Ze średniowiecznego wyposażenia zachowało się do naszych czasów tylko kilka figur. W ciągu kolejnych stuleci świątynia była wielokrotnie remontowana.
Po II wojnie światowej kościół został przywrócony katolikom i 12 września 1945 roku poświęcono go z przeznaczeniem na przyszłą katedrę. 9 września 1962 roku bp Wilhelm Pluta konsekrował go na katedrę diecezji gorzowskiej.

W dniu 1 lipca 2017 r. na wieży katedralnej wybuchł pożar. Dzięki wysiłkom strażaków i mieszkańców miasta udało się uratować katedrę i większość jej zabytkowego wyposażenia.

W okresie powojennym, wraz z ustaleniami dotyczącymi nowych granic Polski, nastąpiły zmiany w strukturze administracyjnej polskiego Kościoła. W lipcu 1945 r. Stolica Apostolska udzieliła ówczesnemu Prymasowi Polski, kard. Augustynowi Hlondowi, uprawnień do organizowania życia Kościoła w Polsce. Dekretem z 15 sierpnia 1945 r. ustanowił on m.in. Administrację Apostolską w Gorzowie Wielkopolskim. Na jej czele stanął ks. dr Edmund Nowicki. Nowa administracja objęła obszar prawie 1/7 Polski. 28 czerwca 1972 roku papież Paweł VI bullą Episcoporum Poloniae zreorganizował struktury kościelne, tworząc diecezję gorzowską z siedzibą w Gorzowie Wielkopolskim i przypisując ją do metropolii wrocławskiej. Pierwszym ordynariuszem nowej diecezji został bp Wilhelm Pluta.


Kolejne ważne zmiany w strukturze Kościoła w Polsce przyniosła bulla Totus Tuus Poloniae Populus św. Jana Pawła II z 25 marca 1992 r. Diecezja gorzowska otrzymała wówczas nazwę zielonogórsko-gorzowskiej, a jej stolicę przeniesiono do Zielonej Góry.
Obecnie ordynariuszem zielonogórsko-gorzowskim jest bp Tadeusz Lityński, pomagają mu biskup Adrian Put i seniorzy: Stefan Regmunt i Paweł Socha CM. Na terenie diecezji o powierzchni blisko 15 tys. km kwadratowych, zamieszkanej przez 1 mln osób, w 270 parafiach pracuje 540 księży diecezjalnych i ponad 100 zakonnych. Patronami diecezji są Najświętsza Maryja Panna z Rokitna oraz święci męczennicy międzyrzeccy.

W 1997 r. diecezję nawiedził św. Jan Paweł II. Mówił wtedy m.in.:

Jakże nie wspomnieć świadectwa wierności tradycji i Kościołowi, jakie dawaliście w czasach bardzo trudnych! Wielu z was nosi w swym sercu bolesne doświadczenia drugiej wojny światowej. Po II wojnie światowej, na tych ziemiach, zaczynaliście niejako nowe życie, przychodząc z różnych stron Polski, a nawet spoza jej granic. Odcięci od korzeni pochodzenia, zachowaliście jednak korzenie wiary. W trudnym okresie przemian byliście blisko Kościoła, który starał się odpowiadać na potrzeby duchowe i materialne, jak matka troszcząc się o swoje dzieci. (...) Pomagaliście wszyscy budować wspólny dom, nie tylko ten materialny, ale przede wszystkim duchowy, w ludzkich sercach. Byliście dla tych ludzi oparciem w chwilach trudnych, niosąc im światło wiary i wskazując na Chrystusa jako źródło nadziei jedyne. Nie mogę tu wszystkich tutaj wymienić, ale pragnę z wdzięcznością wspomnieć śp. księdza biskupa Wilhelma Plutę. On budował niejako fundamenty Kościoła gorzowskiego w czasach bardzo trudnych dla naszego kraju. Długie lata zarządzał Kościołem gorzowskim najpierw jako administrator, a później jako jego biskup. On tu jest dzisiaj na pewno razem z nami. Biskupie Wilhelmie, dziękuję ci za to, co uczyniłeś dla Kościoła na tej ziemi. Za twój trud, odwagę i mądrość. Dziękuję ci za to, co uczyniłeś dla Kościoła w naszej Ojczyźnie.