Sylwetka z dwiema wieżami górująca nad prawobrzeżną Warszawą jest też dobrze widoczna od strony Starego Miasta. Niektórzy nazywają ją „praską Nôtre Dame”, chociaż podobieństwo do katedry w Paryżu jest dość umowne.
Kościół zbudowano go w latach 1887–1904 przy głównej arterii komunikacyjnej Pragi, jako przeciwwagę dla prawosławnej cerkwi. Jego projektantem był znakomity architekt, twórca kilkudziesięciu świątyń w Polsce, prof. Józef Pius Dziekoński, który właśnie ten kościół wymieniał jako swoje największe osiągnięcie. Warszawiacy okrzyknęli świątynię najpiękniejszą XIX-wieczną budowlą w mieście. Uznaje się ją często za wzorcową w polskiej architekturze sakralnej, jest także źródłem wielu zapożyczeń.
Jej forma i układ przestrzenny nawiązują do tzw. gotyku mazowieckiego (nadwiślańskiego). Kościół z elewacjami z surowej cegły, z dwiema wysokimi wieżami, jest trzynawową bazyliką. Wnętrze z ostrołukowymi sklepieniami również wykonano w fakturze ceglanej. Nad nawą poprzeczną znajduje się trzecia wieżyczka - sygnaturka, zwieńczona po wojnie koroną Najświętszej Marii Panny.
Wieże zabytkowego kościoła, pierwotnie ażurowe, miały 75 m wysokości. W latach 20. ubiegłego wieku zauważono na nich spękania, spowodowane prawdopodobnie niestabilnością gruntu, choć często opowiada się też o silnym wybuchu w cytadeli w 1923 r., który ponoć przesunął konstrukcje hełmów wież. Ostatecznie kilka lat później wieże obniżono.
Kościół bardzo ucierpiał podczas wycofywania się Niemców przed nadchodzącą w 1944 r. Armią Radziecką. Z całej monumentalnej budowli ocalała jedynie część ścian bocznych, gdzie stały figury dwóch patronów kościoła - św. Michała Archanioła i św. Floriana. Odbudowa trwała długo - wieże świątyni dokończono dopiero w latach 70. Jeszcze później uzupełniono witraże w oknach - umieszczono w nich ilustracje wydarzeń historycznych, takich jak bitwa warszawska w 1920 r. i symbole dekanatów utworzonej w 1992 r. diecezji warszawsko-praskiej. Wtedy właśnie kościół stał się jej katedrą.
W prawej nawie warto zobaczyć stojącą na postumencie drewnianą barokową figurę św. Floriana - patrona strażaków. W kruchcie znajduje się krucyfiks z kaplicy z pobliskiego Szpitala Przemienienia Pańskiego, która uległa zniszczeniu w czasie wojny. Krzyż był dwukrotnie uszkodzony przez szaleńców.
Nocą świątynia, wraz z odsłoniętym przed nią w 2005 r. pomnikiem ks. Ignacego Jana Skorupki, jest bardzo ciekawie podświetlona.