Появление в Оренбурге католиков датируется концом XVIII – началом XIX. Большое количество поляков было сюда сослано после разделения Речи Посполитой, также в XIX пополнилась в городе польская диаспора за счет участников польских восстаний, сосланных в Оренбургскую область. Разрешение на строительство католической церкви было получено в 1844 году, в этом же году состоялась закладка первого первого камня. Через три года после завершения строительства прошло освящение храма в честь Божией Матери Лоретанской.
Церковь вела активную благотворительную деятельность: основание приходского благотворительного общества (1898), начальная школа (1904). Численность прихожан до Первой мировой войны составляла около 5 тыс. человек. В советское время церковь испытывала гонения и в 1932 году ее закрыли, а церковная утварь была разграблена. Нормализация деятельности католической церкви начинается с 90-х годов. В 93-ем был зафиксирован католический приход. С 94-го года начинается масштабная реставрация собора, которая продолжалась более двух лет. И в ноябре 1997 года храм был снова освящен.