«La cathédrale Sainte-Anne a été construite en deux étapes : le sous-bassement d'abord en 1949-1950, appelé crypte, et le corps principal en 1969-1970. Pendant les vingt premières années du diocèse, la crypte en fut le siège diocésain. La construction de la crypte commença le 26 avril 1949 par les travaux d’excavation. Le 2 octobre 1949, le chanoine J. Stanislas Théberge, V. F., curé de Rivière-Ouelle, procéda à la bénédiction de la pierre angulaire. La crypte fut complétée le 23 avril 1950. Les cérémonies religieuses y ont eu lieu jusqu'en 1970.
La cathédrale actuelle a été construite en 1969-1970 sous la responsabilité du curé, le chanoine Charles Dumais, selon les plans de la firme d'architectes Lagacé et Massicotte, de Rivière-du-Loup. Le 26 juillet 1969, le contrat de construction fut accordé à l'entrepreneur Paul Martin inc., de La Pocatière. L’église-cathédrale fut bénite un an plus tard, jour pour jour, le 26 juillet 1970 par Monseigneur Charles-Henri Lévesque, évêque de Sainte-Anne. Elle avait été terminée le 12 avril 1970, date de la première messe. Les coûts de construction de l’église et du presbytère s’élevèrent à 589 296 $. L’intérieur fut complété dans les années suivantes.
L'extérieur est en crépi, et l'intérieur est en bois. Son plan est rectangulaire et l'intérieur est en amphithéâtre. Son plafond est plat.
Son orgue a été fabriqué en 1974 par la maison Orgue Providence inc. (depuis 1979, connu sous le nom de Guilbault-Thérien inc.), de Saint-Hyacinthe. Numéroté Opus 11, il compte 15 jeux sur trois claviers manuels (58 notes) et un pédalier (32 notes). L’instrument a été inauguré le 8 décembre 1974 par l’abbé Antoine Bouchard. Il s'agit du premier orgue à traction mécanique fabriqué par André Guilbault et Guy Thérien. Selon L’Encyclopédie de la musique au Canada, l'orgue de la cathédrale Sainte-Anne-de-la-Pocatière en 1974, comme les autres orgues signés par Guilbault-Thérien depuis, l'a été « dans l’esprit du renouveau de la facture canadienne depuis 1960 ». Le grillage du buffet est l'œuvre du sculpteur Jean-Julien Bourgault. Cet orgue remplace un orgue Casavant (opus 2012) de 11 jeux, inauguré le 28 mai 1950 par Jean-Marie Bussière, organiste à l’église Saint-Sacrement de Québec.
La cathédrale compte plusieurs sculptures de Médard et Julien Bourgault, et comporte une grande verrière moderne derrière le maître-autel dans le chœur, œuvre de Michèle Tremblay-Gillon, artiste paysagère et professeure d'histoire de l'art au Cégep de l'Outaouais.
Le carillon de la cathédrale Sainte-Anne fut béni le 17 mai 1970 par Mgr Charles-Henri Lévesque, évêque du diocèse de Sainte-Anne. Il compte trois cloches baptisées Anne, Bruno et Charles-Henri, la première en l'honneur de sainte Anne et la troisième en l'honneur de l'évêque du lieu. Deux cloches ont été fondues par la fabrique Crouzet et Hildebrand (F. Crouzet et Aimé ou Auguste Hildarand), fondeurs de cloches à Paris au 19e siècle ou à Louviers en Normandie, et proviennent de l'église Saint-Henri de Montréal. Ce sont les deux grosses cloches, elles sonnent ré et mi. La troisième cloche a été coulée pour la cathédrale par la fonderie Dominique Bollé, à Saint-Jean-de-Braye près d'Orléans en France, elle sonne fa. Au total, elles pèsent 3529 kg.»
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