O projeto dos mosaicos do frontispício da Catedral, elaborado sob a coordenação de Dom Antônio Cheuiche foi executado pela Academia de Mosaicos do Vaticano. O material empregado, tesselas de cristal de Murano, possui cerca de dez mil nuances de colorido, destacando-se o azul de cobalto, o azul turquesa e o marinho, habilmente mesclados com o dourado.

O projeto é de autoria do arquiteto João Batista Giovenale, então professor da Academia de Belas Artes – São Lucas – de Roma, e membro da Comissão de Arte Sacra da Basílica de São Pedro. O arquiteto era notável por trabalhos executados em Roma, tais como a cripta da Igreja de Santa Cecília e o novo Museu Petriano, destinado a conservar as antiguidades e objetos de arte da antiga basílica Constantiniana, além de outras obras de restauração de templos romanos.

O altar, os ambões, a cátedra do Arcebispo e a Via-Sacra são obras do escultor Giulio Tixe. As portas, do escultor Marcelino Schmitz. Os vidros da porta principal são de autoria de Evaristo Iglesias. No presbitério, a pintura que emoldura a imagem da Padroeira, é criação do artista Aldo Locatelli.

As obras iniciaram-se com os grandes trabalhos de aparelhamento do terreno, com a demolição da capela-mór da igreja, da Caplea do Santíssimo, das sacristias, e de diversos prédios à R. Espírito Santo, um adquirido e outros pertencentes à Irmandade de São Miguel e Almas, à Irmandade de Santa Cecília, por estar cedidos para a construção da nova catedral.No dia 07 de agosto de 1921 lançou-se a pedra fundamental do templo. Para o grande empreendimento a Comissão executiva das obras julgou conveniente a aquisição de uma pedreira. Foi então escolhido o morro de Teresópolis, um terreno que a entidade Pão dos Pobres possuia e que recebera dos remanescentes do patrimônio do projetado Orfanotrofio do Padre João Pereira Lima. Ali foi aberta uma escavação, de onde saiu toda a pedra necessária para a cripta e a metade dos muros da edificação.

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