位于徐汇区蒲西路158号的徐家汇天主堂是上海最大的天主教堂，也是中国第一座按西方建筑方式建造的教堂。它座西朝东，平面呈十字形，是一座仿法国中世纪哥特式建筑，红色的砖墙，白色的石柱，青灰色的石板瓦顶，两座钟楼，南北对峙，高耸入云。徐家汇天主教堂以其规模巨大、造型美观、工艺精湛，在当时被誉为上海的第一建筑。
17世界初，西方传教士开始在上海地区活动，“敬一堂”是上海第一座正式的天主堂，后俗称“老天主堂”，是中国庙宇式建筑，建于明代崇祯年间（1640年）。清代雍正皇帝下令禁止传教后，“敬一堂”改为关帝庙。鸦片战争后，西方传教士重来上海，教徒迅速发展，1847年耶酥会传教士南格禄选择上海徐家汇兴建天主教堂。
徐家汇原是蒲汇塘、肇家浜和法华泾三水汇合处，是个人烟稀少的小村庄。明代杰出的爱国科学家徐光启曾在这里建农庄，从事农业实验。他在天文、数学、军事等领域撰写了一批学术著作。徐光启信奉天主教，1604年到京城考中进士，后来任礼部尚书，明末官至宰相。徐做京官后将父亲和夫人接去，其父亲和夫人去世后，徐都将墓归葬于徐家汇墓地（今光启公园内），徐光启逝世后也葬于此。徐光启的后裔有十余家居住在徐家汇，其中四家信教，周围还有十余人信教。得天独厚的徐家汇被南格禄发现后，决定将徐家汇作为耶酥会的基地。1847年3月在徐家汇墓地北侧动工兴建耶酥会会院，1851年3月又在肇家浜的西岸建造中国第一座天主教堂，因奉耶酥会创始人“依纳爵”为主保，故称“圣依纳爵堂”。徐家汇有了天主教堂后，教徒日益增多，仅能容纳200余人的旧教堂已不敷使用。
耶酥会经过几十年的发展，在徐家汇不仅有教堂，而且还有修道院、博物院、藏书楼，天文台、圣母院、育婴堂等，成为徐家汇天主堂教区、江南传教区的中心。1896年耶酥会决定建造一座新的大教堂，得到了徐光启后裔和另一姓陆教徒的支持，捐献了自己的一部分土地用于建造新教堂。因当时在建天文台、扩建会院等财力不足，建造新堂的工程拖到1904年才正式上马。
新堂在旧堂的南侧（今蒲西路158号），由陶特凡尔（Dodwall）建筑师设计，法国上海建筑公司耗时六年建成。教堂高五层，砖木结构，占地面积2670平方米，建筑面积为6700平方米。建筑平面呈十字形，教堂大门朝东，大堂进深79米，面宽28米，连同两翼宽44米，高28米。堂内挺立着64根立柱，每个根立柱用10小圆柱拼合而成，都是用金山石精刻细凿。教堂由中厅和西侧廊组成。中厅高敞，空间有三层高，两侧较低为二层高，中高侧低倾射的采光，加上镶嵌图案和神像的彩色玻璃，使教堂更显得神秘。西侧廊外侧各有一排小祈祷堂，后部作半八边形布局，当中设主祭台，教堂落成时是临时的，1919年复活节前特地从法国巴黎运来一座精制的祭台安装在正中，有耶稣、圣母像、雕刻精美，色彩鲜明。堂内还有19座小祭台。大堂可容纳2500人做弥撒，室内大方砖铺地，中间走道用花瓷砖铺筑。
教堂外观为法国哥特式。外墙为清水红砖砌筑，四周有铅条玻璃尖拱窗，分间处有石扶壁。立面南北两侧两座对峙的钟楼高度达56米，钟楼尖塔顶是十字架。立面中间有叠涩形成的多层拱券大门、玫瑰窗及山墙组成，正门上面有4帧福音圣史雕像，正中设耶稣抱十字架大石像。顶脊呈尖拱状，堂脊高27～28米，堂顶周围设天沟，天沟的水可从墙四周所设的石兽嘴里喷出来。
1910年10月22日，新教堂落成，举行祝圣典礼，并举行了第一次弥撒。教堂规模宏大，装饰华丽，被誉为“中国教堂之巨擎”、“远东第一大教堂”。
解放后，上海天主教开展反帝爱国运动，1960年张家树当选为首任自选自圣主教，原奉“圣依纳爵”为主保，改为奉“天主之母”为主保。1966年“文革”中，两座钟楼尖顶被拆除，教堂改为果品仓库，1982年修复钟楼，1994年又将教堂前广场修复，面貌焕然一新。该堂区现有教友数万名，每逢星期日及教内重要节日，教友济济一堂。徐家汇天主堂现已被列为上海市文物保护单位。
