La construction de la cathédrale Cua Bac a duré de 1925 à 1930. Elle a la forme d'un rectangle, avec deux rangées de colonnes parallèles sur les deux côtés. Elle est divisée en deux salles, la plus petite pour accueillir les fidèles et la grande pour la congrégation pendant la messe. Entre les deux salles, il y a une grande surface sous voûte. Le côté gauche est le lieu de culte des saints, et le côté droit le salon où les prêtres reçoivent les gens désirant se confesser. La décoration intérieure de la cathédrale a été conçue selon le style des églises européennes, avec notamment de superbes vitraux. 

L'architecte français Ernest Hébrard a créé un espace architectural dissymétrique avec un haut clocher sur le hall principal, qui confère une particularité à cette cathédrale par rapport à la plupart des autres églises catholiques construites par les Français au Vietnam. Certains considèrent qu'il s'agit là d'une création exceptionnelle de Hébrard en vue d’harmoniser l`ouvrage avec le paysage environnant. En fait, c'était une exploitation habile des principes des églises de la période Renaissance. 

Le toit du clocher, les voûtes et autres installations sont recouverts des tuiles semblable à celles des pagodes et des temples traditionnels. Les fenêtres et les trous d'aération ont des toits, à l'exception des grandes fenêtres en vitraux. La végétation qui l`entoure a créé un paysage naturel propice à l`introspection. 

La combinaison réussie entre l'architecture religieuse orientale et occidentale, en harmonie avec le paysage environnant, a créé une œuvre catholique de grande valeur. La cathédrale Cua Bac est toujours considérée comme un monument mêlant les styles architecturaux européens et vietnamiens. Même si elle a été restaurée plusieurs fois, elle conserve toujours son aspect originel tel qu`on peut le voir sur les anciennes photos de l`époque coloniale.