Спочатку церква Санта-Марія була створена парафіяльна - відразу після заснування Трухільо (1535-1540). У 1616 році церква була зведена в ранг собору Папою Павлом V, але через три роки виявилася зруйнованою разом з усім містом в результаті землетрусу в лютому 1619 року. Реконструкцію церкви доручили Бартоломео де лас Куэвасу. Але і це будівля церкви не зазнала руйнівного землетрусу в лютому 1635 року. В 1647 році єпископат поставився серйозно до будівництва церкви за проектом архітектора Франсиско де Сото Ріос, яке закінчив у 1666 році Франсиско Бальбоа. На цей раз архітектори намагалися передбачити всі необхідні заходи до стійкості будівлі, щоб витримати майбутні землетрусу на перуанському узбережжі.

У 1967 році Папа Павло VI підвищив статус церкви до Кафедрального собору, але в 1970 році, через землетрус, частина храму виявилася серйозно пошкоджена: купол, дзвіниця і вівтар. Через два десятиліття будівля собору повністю відновили.

Кафедральний собор Санта-Марія славиться своїм вівтарем - цей величезних розмірів вівтар білого кольору в стилі бароко і рококо покритий сусальним золотом, прикрашений дорогоцінними картинами та іконами, виконаними майстрами художніх шкіл Куско і Кіто. Його красу і унікальність можна порівняти тільки з вівтарем у Кафедральному соборі Куско.

Відвідувачі собору Трухільо можуть побачити велику колекцію старовинних ікон, яка прикрашає його: образи св. Роси, св. Терези Авільській, св. Петра, св. Іоанна Хрестителя, св. Торибио де Могровехо, св. Валентина. Склепіння та стіни храму прикрашені фресками із зображенням апостолів, вікна - вітражами.

Соборний музей, розташований усередині храму, зберігає цінні релігійні твори мистецтва. Особливо цінна живопис і скульптура школи Куско і артефакти колоніального періоду, серед яких два полотна: "Зречення Петра" і "Йоан Христитель".

Поруч з Кафедральним собором знаходиться Палац архієпископа.