La première cathédrale placée sous le vocable de la Vierge et de Saint-Léonce (évêque de Fréjus 400 ? – 433), dont on peut voir la trace dans la grande nef médiévale a peut-être été construite sur un ancien temple ou sous la basilique romaine dès le Vème siècle après J.C.
Au cours du haut moyen âge, dès le XIème siècle, une autre église fût ajoutée au nord, contre la précédente. Cette seconde église était parallèle et contiguë à la première mais aussi plus petite. Allongée au XIIème siècle, elle devient ensuite l’église paroissiale, aujourd’hui nef Saint-Etienne.
À cette époque le cimetière paroissial jouxtait le nord de cette église : ce fut un des premiers exemples de cimetière en ville de la Gaule du sud.
On peut parler « d’église double », assez habituel pour de tels monuments dans toute la chrétienté.
Le commencement du XIIIème siècle vit un enrichissement monumental important. La nef Notre-Dame fut entièrement reconstruite. À l’ouest furent élevées les piles, appelées à supporter la tour-clocher située dans l’axe de la nef. À l’est l’emprise de la nef fut prolongée d’une abside, en cul-de-four, surmontée d’une tour ouverte à la gorge, semblable à celle de l’enceinte urbaine, affirmant pour l’édifice un aspect fortifié, et lui donnant ainsi un caractère rare dans toute l’architecture méditerranéenne. Cet aspect un peu militaire de l’ensemble représente l’expression du pouvoir militaire et temporel exercé par le clergé.
La tour du clocher, restaurée après la seconde guerre mondiale, date en réalité du XIIIème siècle pour sa partie basse et du XVIème siècle pour le tambour octogonal et la flèche en « malons » vernissés de Provence. Les couleurs vertes et ocres des malons au contact de la lumière donne au clocher de somptueux reflets dorés.
L’aménagement en 1530 de la nouvelle entrée de la cathédrale, qui abrite de très beaux vantaux à caissons en bois sculptés, entraina la suppression de l’ancienne entrée qui donnait sur le cloître.
Elle a laissé place à l’aménagement des sépultures de 2 évêques, Mgr Barthélemy et Pierre de Camelin, aménagement qui présente deux statues commandées à un atelier génois. Dans la nef Saint-Etienne se trouve le maître autel baroque attribué à Dominique Fossati, marbrier marseillais du XVIIIème siècle.
A l’intérieur un type de voutement sur croisées d’ogives dit « Lombard » venu tout droit de Lombardie ( Italie) recouvre la nef. De plus, les stalles en boiserie de noyer, dans l’abside, datent de 1441. Elles sont attribuées au sculpteur toulonnais Jean Flamenc.
Le buffet d’orgues actuel a été réalisé en 1991, réalisé par Pascal Quoirin à Saint-Didier dans le Vaucluse, il s’inspire des orgues italiens des XVIIème et XVIIIème siècles.
La sacristie qui existait déjà là au XIIème siècle, est recouverte de boiseries de noyer de style Louis XV (XVIIIème siècle). Le linteau en ardoise qui surmonte la porte est sculpté aux armes du prévôt Georges Fenilis.
Enfin, le retable de Sainte Marguerite est une peinture religieuse de la fin du Moyen âge, ayant pour support un assemblage de panneaux de bois. Peint à la détrempe, la technique picturale consiste à broyer les couleurs à l’eau puis à les délayer (ou détremper) avec de la colle de peau tiède ou de la gomme.
De style gothique international, le retable de Sainte Marguerite (1454) est l’œuvre de Jacques Durandi (vers 1410 – 1469), précurseur de Louis Brea, Maître de l’école primitive niçoise. Le retable de Fréjus, portant le nom du commanditaire (Antoine Boneti, bénéficier) et du peintre, est la seule œuvre que l’on peut reconnaître avec certitude à Jacques Durandi.
