Одна из первых часовен города Калама (2250 метров над уровнем моря и 215 км к северо-востоку от города Антофагаста) была расположена на Балмакеда-авеню, напротив городской железнодорожной станции, и сгорела в 1906 году, после разрушительного землетрясения. В том же году епископатом был выдан указ о строительстве новой церкви со своим приходом в городе Калама. Документ был подписан 22 января 1906 года Апостольским викарием Антофагаста, монсеньором Луисом Сильва Лезаета епископом церкви Сан-Франсиско-де-Чиу-Чиу.
Первая запись, сделанная в книге регистрации прихода Калама, священником Педро Дуранго гласила, что первым человеком, которого окунули в купель нового прихода, была Каролина Васкес Гарсия, запись датируется от 1 апреля 1906 года. В течение многих лет церковь города Калама работала не регулярно, а как временная часовня. Священник Хосе Франта настоял на том, чтобы долгожданное здание храма было, наконец, возведено на площади имени 23 марта. Сам отец Франта, облачённый в простую спецодежду, от рассвета до заката работал, не покладая рук. Заложил фундамент и возвёл стены со своими помощниками, сделал все, чтобы ускорить процесс строительства церкви.
В 1927 году были полностью построены стены и крыша Церкви-де-Калама, в которой первую мессу провёл епископ Луис Сильва Лезаета. Но окончательно храм будет построен только много лет спустя.
Его святейшество Папа Павел VI в 1965 году издал буллу о выделении Каламы из архиепархии Антофагасты и возведении церкви Каламы в ранг собора.
В 2001 году была произведена реконструкция здания собора на пожертвования Чилийской Национальной корпорации Codelco (крупнейший в мире производитель меди).