南关天主教堂位于沈河区乐郊路，始建于清光绪四年（1873年），光绪二十六年（1900年）被义和团焚毁，1912年用清廷的赔款重建。
义和团是中日甲午战争之后兴起的民间武装组织，以“扶清灭洋”为宗旨。光绪二十六年（1900年），义和团运动发展到了盛京， 6月30日，义和团在大法师刘喜禄和张海的率领下首先烧毁了大东门外的英国教堂，接着又烧毁了洋人办的教会医院和讲书堂。最后他们包围了南关法国天主教堂。主教纪隆指挥教徒负隅顽抗，义和团连攻几日，都没能攻破。7月3日，在清军炮火的支援下，义和团终于将教堂摧毁，主教纪隆被当场打死。
现在这座天主教堂是1912年重建的，整个建筑分成东、西两个院落，教堂在东院的北端，南北长66米，东西宽17米，高40米，建筑面积1100平方米，可同时容纳1500人。教堂属于典型的哥特式建筑，顶部是两个方锥形的尖顶，装饰着十字架。教堂前面是三扇拱门，两侧有成排的小窗，内有二十四根石柱支撑，穹窿镶嵌着巨大的花纹。
教堂的西院有一座四层建筑，这是1926年修建的主教府。
沈阳是东北地区的天主教中心。从1838年到1949年的100多年间，沈阳教区的七名主教都是法国人，中国神甫处于附属地位。1949年9月20日罗马教廷首次任命中国人为沈阳教区主教、东北教区总主教。
沈阳天主教堂1988年被列为辽宁省文物保护单位。