De kathedraal werd oorspronkelijk gebouwd in de tweede helft van de 10e eeuw in de versterkte nederzetting van Poznań. In die tijd was dit een van de belangrijkste politieke centra in de vroege Poolse staat en omvatte o.a. een hertogelijk paleis (opgegraven door archeologen sinds 1999, onder de kerk van de Maagd Maria die voor de kathedraal staat). Het paleis omvatte een kapel, mogelijk gebouwd voor Dobrawa, de christelijke vrouw van de eerste historische heerser van Polen, Mieszko I. Mieszko zelf werd gedoopt in 966, mogelijk in Poznań, wat wordt beschouwd als een sleutelgebeurtenis in de kerstening van Polen en de consolidatie van de staat.












Sint Pieter werd de patroonheilige van de kerk omdat het, als eerste kathedraal in het land, het recht had om dezelfde patroonheilige te hebben als de Sint-Pietersbasiliek in het Vaticaan. De pre-romaanse kerk die in die tijd werd gebouwd was ongeveer 48 meter lang. Overblijfselen van dit gebouw zijn nog steeds zichtbaar in de kelders van de huidige basiliek. De eerste kerk overleefde ongeveer zeventig jaar, tot de inval van de Boheemse hertog Bretislav I (1034-1038). De kathedraal werd herbouwd in romaanse stijl, waarvan de overblijfselen zichtbaar zijn in de zuidelijke toren.




In de 14e en 15e eeuw werd de kerk herbouwd in gotische stijl. Een brand in 1622 richtte zo’n grote schade aan dat de kathedraal een volledige renovatie nodig had, die in barokstijl werd uitgevoerd. In 1772 brak er nog een grote brand uit en werd de kerk herbouwd in neoklassieke stijl. In 1821 verhief paus Pius VII de kathedraal tot de status van metropolitaanse aartskathedraal en voegde de tweede beschermheilige toe – Sint Paulus. De laatste van de grote branden vond plaats op 15 februari 1945, tijdens de Slag om Posen en de verovering ervan door het Rode Leger, bijgestaan door Poolse vrijwilligers. De schade was zo ernstig dat de conservatoren besloten terug te keren naar de gotische stijl, waarbij ze middeleeuwse overblijfselen gebruikten die door de brand werden onthuld. De kathedraal werd heropend op 29 juni 1956. In 1962 gaf paus Johannes XXIII de kerk de titel van kleine basiliek.











