Die bereits existierende Kirche von Sant’Antonio Abate wurde zwischen 1597 und 1606 infolge der Verlegung des Bischofssitzes nach Castelsardo erweitert, und es wurde ihr der Titel einer Kathedrale zugesprochen.

Der Innenraum ist überwiegend gotischer Bauweise, wurde aber einige Male neugebaut, was zur Veränderung des ursprünglichen Aussehens geführt hat. In der gesamten Kathedrale sind zwei unterschiedliche Stile vorhanden. Der Eingriff im 17. Jahrhundert hat zu einem Bau mit nur einem Hauptschiff geführt, mit einem tiefgelegten Tonnengewölbe und Seitenkapellen auf einem Strebewerk, während die Apsis vierkantig ist und über ein Kreuzgewölbe verfügt.

Das Gebäude wurde im Jahr 1727 fertiggestellt, als die Galerie gebaut wurde und der Altar, welcher dem Hl. Antonius, dem Schutzpatron der Stadt, gewidmet ist, an der Stirnseite des Querschiffs fein verziert wurde. Der Glockenturm wurde nicht gebaut, sondern direkt aus einem Turm der antiken Stadtmauern gewonnen, welcher ursprünglich ein Leuchtturm war, dessen Kuppel später mit vielfarbigen kleinen Fliesen bedeckt wurde.

Die Kathedrale beherbergt einige Werke des anonymen Künstlers namens Maestro von Castelsardo. Unter diesen sticht die Madonna in trono col Bambino (Madonna auf dem Thron mit Kind) hervor, welche sich auf dem Hauptaltar befindet und Teil eines Bruchstücks eines Altaraufsatzes ist, dessen Überreste sich im >Diözesan-Museum befinden. Das Museum hat in den Krypten der Kathedrale geöffnet.

Der Raum wird durch Einrichtungsgegenstände aus Holz, Barockaltäre und Statuen aus dem 17. bis 18. Jahrhundert ergänzt. Besonders wertvoll ist eine der Seitenkapellen, welche dem Hl. Filippo Neri gewidmet ist und über vielfarbige Gravuren und Verzierungen verfügt. Die Kapelle der Jungfrau ist hingegen mit kleinen achtkantigen Kuppeln bedeckt und hat mit azulejos (Majolika-Fliesen arabisch-spanischen Ursprungs) gepflasterte Wände.

Oberhalb des Eingangs befindet sich die wunderschöne Pfeifenorgel mit verzierten Flügeln aus dem 18. Jahrhundert, welcher als die schönste von ganz Sardinien angesehen wird. Besondere Aufmerksamkeit gilt auch der hölzernen Kanzel und dem Chorgestühl, welches von Jaume Camilla im Jahre 1765 entworfen wurde.