Questi aveva scelto di realizzare la nuova chiesa sulla piazza maggiore, modificando l’assetto urbano ideato anni prima da Domenico Giunti che, nel dare a Guastalla un assetto a struttura centrale, aveva previsto la futura chiesa all’incrocio dei suoi assi viari principali.

La nuova ubicazione dell’edificio religioso era destinata a modificare l’impianto della città, fino a fare della Chiesa Maggiore l’elemento cardine della forma urbana della capitale gonzaghesca. Il modello architettonico utilizzato fu quello della chiesa a navata unica con cappelle passanti e copertura a botte, che diverrà l’impianto più diffuso nell’età della Controriforma.

Il 20 febbraio 1575, prima domenica di Quaresima, il cardinale Carlo Borromeo, cognato di Cesare Gonzaga, consacrò la chiesa a cui fece dono delle reliquie dei santi Pietro e Paolo. Ma in quella stessa occasione si svolsero le esequie di Cesare, scomparso appena tre giorni prima.

Le opere di completamento si protrassero tuttavia per alcuni anni sotto la direzione di Pompeo Pedemonte, ma la facciata giunse a compimento solo nel 1619 allorchè venne posto in opera, nella nicchia centrale, il gruppo scultoreo della Beata Vergine del Popolo. Nel 1653 l’apertura di un arco di collegamento tra la navata centrale e l’antico Oratorio di San Carlo diede avvio alla realizzazione della Cappella del Santissimo Sacramento, opera barocca di grande pregio, progettata dall’architetto Antonio Vasconi. Gli spicchi della cupola vennero poi decorate dagli affreschi realizzati da Giovanni Battista Bolognini, allievo di Guido Reni. I lavori terminarono il 31 luglio 1671.

Ma fu nel corso del Settecento che la chiesa cambiò il proprio aspetto, assumendo un’immagine più vicina a quella odierna: nel 1716 vennero progettate e realizzate le nuove torri campanarie. Due anni più tardi venne invece demolito il coro per renderlo “più lungo e più largo”, secondo il disegno dell’ingegnere Abondio Bolla, parmigiano. Il 24 dicembre 1784 fu consacrato il nuovo altare maggiore, di gusto raffinatissimo nelle forme e nella decorazione; era stato ideato da Giovan Battista Fattori, realizzato dal tagliapietre Giovanni Rossi e decorato dall’indoratore Angelo Bondenari.

Nel 1841 nella chiesa ormai eretta a Cattedrale, si intrapresero importanti interventi progettati dall’’architetto Rizzardi Polini di Parma che progettò il rifacimento di cornicione, capitelli e cornici delle arcate, nonché la realizzazione del cassettonato a stucco per la cupola e per l’abside. In quell’occasione il pavimento venne abbassato e si tolsero tutti i sepolcri presenti, tranne quello della duchessa Teodora d’Assia Darmstadt, vedova del duca Antonio Ferdinando Gonzaga.

Nel 1946, l’ultimo intervento sistematico progettato dall’ingegnere Alberto Paglia portò alla realizzazione della gradinata in marmo che collega la navata centrale e il presbiterio.
Dopo di allora, solo piccoli aggiustamenti ne hanno caratterizzato l’assetto interno ed esterno, sul quale oggi si è innestato l’intervento di restauro messo in opera fra il 2011 e il 2016.