Obecna archikatedra białostocka jest przybudówką do pierwszego kościoła, zwanego farnym, który jest o wiele starszy od samej katedry. W 1899 r. po 39 latach oczekiwań mieszkańcy Białegostoku doczekali się pomyślnej decyzji ówczesnych władz guberni carskiej: wyrażono zgodę na postawienie przybudówki do istniejącego budynku starego kościoła, chociaż mieszkańcy starali się o pozwolenie na budowę nowego. Dzięki umiejętnie skrywanym pracom budowlanym udało się wznieść trzynawowy neogotycki kościół z charakterystycznej czerwonej cegły. W ten sposób ominięto carski zakaz budowy nowej świątyni katolickiej. "Przybudówka" wielkością przerasta dziesięciokrotnie dawny kościół. Świątynia została wzniesiona w stylu gotyku z dwiema wieżami. Zastosowany rozkład ciężaru sklepienia na filary (poprzez żebra oraz łukami odpornymi na przypory boczne) jest w Polsce rzadkością.
Nowy kościół pełnił rolę prokatedry dla tej części archidiecezji wileńskiej, która pozostała po wojnie w granicach Polski, a od 1992 r. jest katedrą archidiecezji białostockiej. W 1985 r. został podniesiony przez św. Jana Pawła II do godności bazyliki mniejszej.

W czasie wizyty w Białymstoku 5 czerwca 1991 r. św. Jan Paweł II ogłosił utworzenie diecezji białostockiej. Przed udzieleniem błogosławieństwa na zakończenie uroczystej celebry na lotnisku białostockim powiedział: "Mając na względzie racje duszpasterskie, ustanawiam dziś dwie diecezje w tym regionie Polski: diecezję białostocką ze stolicą w Białymstoku, obejmującą teren tej części archidiecezji wileńskiej, która znajduje się w granicach Rzeczypospolitej Polskiej. Biskupa Edwarda Kisiela, dotychczasowego administratora apostolskiego, mianuję biskupem diecezji białostockiej. Kościół pod wezwaniem Wniebowzięcia Najświętszej Maryi Panny w Białymstoku staje się katedrą biskupa i diecezji". Drugą utworzoną wówczas diecezją była diecezja drohiczyńska.

Stolica Apostolska nie wydała wówczas żadnego dokumentu, gdyż trwały prace nad nowym podziałem administracyjnym Kościoła w Polsce. W niecały rok później, bullą Totus Tuus Poloniae Populus z 25 marca 1992 r. św. Jan Paweł II dokonał reorganizacji metropolii i diecezji polskich. Dokumentem tym ustanowił również metropolię białostocką, składającą się z archidiecezji białostockiej oraz diecezji łomżyńskiej i drohiczyńskiej. Obecnie archidiecezja białostocka liczy ponad 110 parafii podzielonych na 13 dekanatów. Na jej terenie mieszka ponad 500 tys. mieszkańców, w tym około 400 tys. katolików. Resztę stanowią przedstawiciele innych wyznań (głównie prawosławni) i religii (muzułmanie) oraz niewierzący. Pasterzem archidiecezji jest abp Edward Ozorowski. W pracy wspiera go biskup pomocniczy Henryk Ciereszko oraz arcybiskup senior Stanisław Szymecki.
Patronami archidiecezji są Najświętsza Maryja Panna Ostrobramska, Matka Miłosierdzia, oraz św. Jerzy, męczennik, a także św. Kazimierz królewicz i bł. Michał Sopoćko.