清光緒四年（1878年）始建，光緒二十六年（1900年）被義和團(tuán)焚燒，1912年用清廷賠款和法國(guó)巴黎傳教會(huì)集資重新修建。
現(xiàn)在的這座南關(guān)天主教堂是1912年重新建造的。整個(gè)建筑分東、西兩個(gè)院落，大教堂在東院的北端，南北長(zhǎng)66米，寬17米，占地面積達(dá)1100平方米，屬于“歌德式”建筑，全部用青磚雕造，它的頂端是高高矗立的尖塔，高45米。教堂前面是一大兩小三扇門，兩側(cè)有成排的尖拱小窗，內(nèi)有二十四根石柱支撐，穹隆部位鑲嵌著巨大花紋，教堂可容一千五百人。教堂之外有森嚴(yán)的高墻圍繞。
位于沈河區(qū)樂郊路40號(hào)，始建于清光緒四年（1873年），為法國(guó)傳教土方若望所建，光緒二十六年（1900年）被義和團(tuán)焚毀，現(xiàn)存建筑是由南滿教區(qū)法國(guó)蘇悲理斯主教利用《辛丑條約》中的庚子賠款在原址上重建的。
義和團(tuán)是中日甲午戰(zhàn)爭(zhēng)之后興起的民間武裝組織，以“扶清滅洋”為宗旨。光緒二十六年（1900年），義和團(tuán)運(yùn)動(dòng)發(fā)展到了盛京，6月30日，義和團(tuán)在0師劉喜祿和張海的率領(lǐng)下首先燒毀了大東門外的英國(guó)教堂，接著又燒毀了洋人辦的教會(huì)醫(yī)院和講書堂。最后他們包圍了南關(guān)法國(guó)天主教堂。主教紀(jì)隆指揮教徒負(fù)隅頑抗，義和團(tuán)連攻幾日，都沒能攻破。7月3日，在清軍炮火的支援下，義和團(tuán)終于將教堂摧毀，將法國(guó)人紀(jì)隆主教、5名法國(guó)神父、兩名中國(guó)神父、2名修女、400余名信徒全部燒死在教堂內(nèi)，造成歷史最大的“沈陽教難”。
現(xiàn)在這座天主教堂是1912年重建的，整個(gè)建筑分成東、西兩個(gè)院落，教堂在東院的北端，南北長(zhǎng)66米，東西寬17米，高40米，建筑面積1100平方米，可同時(shí)容納1500人。教堂屬于典型的哥特式建筑，頂部是兩個(gè)方錐形的尖頂，裝飾著十字架。教堂前面是三扇拱門，兩側(cè)有成排的小窗，內(nèi)有二十四根石柱支撐，穹窿鑲嵌著巨大的花紋。教堂的西側(cè)有一座四層樓房，占地面積1萬余平方米，建筑面積2，700余平方米，房屋近100間，這是1926年建筑的主教府。
沈陽是東北地區(qū)的天主教中心。從1838年到1949年的100多年間，沈陽教區(qū)的七名主教都是法國(guó)人，中國(guó)神甫處于附屬地位。1949年9月20日羅馬教廷首次任命中國(guó)人為沈陽教區(qū)主教、東北教區(qū)總主教。沈陽天主教堂1988年被列為遼寧省文物保護(hù)單位。
2013年5月，國(guó)務(wù)院（國(guó)發(fā)[2013]13號(hào)）公布南關(guān)天主教堂（沈陽天主堂）為全國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位。