Em 1913 foi doada à Câmara Municipal de Bauru uma gleba de terra que deu início a construção de um templo em alvenaria, inaugurado em junho de 1916. Em 1925 foi lançada a pedra fundamental para a construção do novo templo, destinado a abrigar a Matriz de Santo Antônio. Após cinco anos realizou-se a conclusão da cobertura do templo, marcando também o início das funções religiosas, bem como a demolição do prédio antigo. No dia 13 de junho de 1935, deu-se a inauguração oficial da Matriz com suas três torres.

A Catedral de Santo Antônio é um símbolo da arte gótica em toda região. Sua arquitetura em estilo gótico é percebida através dos arcos em ogiva. Este estilo apareceu na França no final do século XII e expandiu-se pela Europa Ocidental, mantendo-se até a Renascença, ou seja, até o século XIV.

Dentre os elementos da arquitetura gótica, a abóbada é uma das principais características da sua construção.

Os rodapés da igreja são recobertos de mármore, e o altar mor, em mármore italiano. De todas as igrejas de Lins, a Catedral é a que possui o maior número de santos e também conserva a cadeira que simboliza a sede do Bispado, na qual somente o Bispo pode sentar-se. Os vitrais incrustados na Catedral inspiram contemplação e reflexão às pessoas que tem oportunidade de vê-los. Os bancos são todos talhados no estilo gótico, seguindo a construção e arquitetura da catedral. O piso original da Catedral pode ser visto no púlpito. Outros elementos podem ser observados na Catedral, como as criptas dos Bispos D.Walter Bini e D.Pedro Paulo Koop.