Bâtie de 1743 à 1754, la cathédrale Saint-Louis de Versailles est le premier grand chantier religieux de Louis XV qui réalisait là un projet envisagé sous son arrière-grand-père Louis XIV.
L'ouvrage fut confié en mai 1742 à l'architecte du roi Jacques Hardouin-Mansart de Sagonne (1711-1778) dont ce fut là l'œuvre majeure dans le champ religieux.
Si beaucoup de ses réalisations importantes (monastère royal de Prouille (Aude), haras du château d'Asnières, château de Jägersburg (Allemagne), grand et petit hôtels Boutin, rue de Richelieu à Paris ...) ont disparu, cette église royale, érigée en cathédrale en 1802, lui valut de ne pas sombrer complètement dans l'oubli.
De style rocaille mais de tradition gothique, tant en plan qu'en élévation, la cathédrale Saint-Louis est un chef d'œuvre de la stéréotomie et de la charpenterie françaises du XVIIIe siècle.
Établie sur un vaste radier de pierres de taille - et non, suivant la légende, sur pilotis -, l'édifice présente deux niveaux de pierres de tailles : pierres dures, au bas, pour la solidité ; pierres tendres en haut, pour la taille des ornements.
Le dôme et sa superbe flèche en forme de balustre furent dotés d'une splendide charpente, l'une des plus belles de France, œuvre du charpentier parisien Charles Bonneau au début des années 1750.
Contrairement à une autre légende, les bulbes d'ardoises et de plombs - autrefois dorés, ainsi que la flèche, sur le modèle des plombs dorés des couvertures du château - ne sont pas une allusion aux origines polonaises de la reine Marie Leszczynska (1703-1768), mais s'inscrivent, au contraire, dans une tradition baroque française bien établie des tours et clochers depuis le XVIIe siècle.
L'édifice abrite de nombreuses œuvres d'art de premier plan dont les tableaux des meilleurs peintres du règne de Louis XV (Boucher, Deshays, Restout, Vien, Pierre, Vanloo ...) et de la Restauration (Couperin de La Couperie, Schnetz).
Le monument au duc de Berry (1821-1823) est une réalisation majeure du sculpteur romantique James Pradier (1790-1852).
La restauration de la façade en 1985, le nettoyage de l'intérieur en 1989, à l'occasion du bicentenaire de la Révolution française, et la restauration des couvertures dans les années 2000, suite à la tempête de 1999, ont permis de redonner peu à peu toute la beauté et son intérêt à cet édifice, longtemps négligé.
On regrettera que, contrairement à sa consœur Notre-Dame, de l'autre côté de la ville, la cathédrale Saint-Louis ne soit toujours pas éclairée dignement, s'agissant d'un des monuments majeurs de la cité royale.
À l'instar d'autres édifices (Bibliothèque municipale (ex-hôtel des Affaires étrangères de Louis XV), Théâtre Montansier, Opéra royal, notamment), il conviendrait de rétablir les lys dans le blason royal ailé du fronton central afin de redonner à l'édifice sa dimension originelle, méconnue des visiteurs et souvent oubliée des Versaillais.