Na de Reformatie verbood het Utrechtse stadsbestuur in 1580 de openlijke viering van de katholieke mis. De katholieken kwamen bijeen in schuilkerken. Als schuilkerk heeft de Kapel zware tijden gekend. In de 17e eeuw werden de diensten regelmatig verstoord, gaandeweg de 18e eeuw werd het regime echter versoepeld. Men kon de katholieke dienst vieren als er maar geen overlast was, onzichtbaar, geen processies, geen klokgelui. De Gertrudiskapel staat nu bekend als de mooiste 17-e eeuwse schuilkerk van Nederland.

Tussen 1912 en 1914 werd naast de kapel een grotere kerk gebouwd, die nu de zetel is van de oudkatholieke aartsbisschop en daarom als kathedraal geldt. Architect E.G. Wentink ontwierp het gebouw in een sobere neo-romaanse stijl, waarbij, net als bij de meer gangbare neogotiek, werd teruggegrepen op de middeleeuwse kerkarchitectuur. Het interieur is rijk gedecoreerd.