La Cattedrale della Beata Vergine Immacolata, situata nella piazza omonima, ha una storia ricca e variegata che affonda le radici nel XIII secolo. Le prime tracce della sua esistenza risalgono a quel periodo, sebbene poche testimonianze rimangano visibili presso la Cappella di Sant'Andrea. Successivamente, una costruzione in stile gotico dedicata alla Vergine ha preso il posto della precedente chiesa. Le prime notizie documentate risalgono al 1437, e dopo una ristrutturazione e un'espansione nel gotico-aragonese, la chiesa fu consacrata nel 1571 dal Vescovo di Alghero, Pietro Frago. Durante il Settecento, periodo di crescita economica e amministrativa per Ozieri, la chiesa si arricchì di nuovi arredi, e nel 1803 divenne sede vescovile. Tra il 1838 e il 1843, le cappelle del transetto furono restaurate, e furono commissionati ulteriori arredi. Nel 1845, grazie a una generosa donazione privata, la chiesa subì un'ulteriore fase di ristrutturazione ed espansione. Nonostante i lavori fossero già in corso sotto la supervisione dell'architetto Francesco Cucchiari di Pavia, per decisione del Viceré, l'incarico fu poi affidato all'architetto cagliaritano Gaetano Cima, il cui impegno portò alla conclusione dei lavori murari tra la fine del 1847 e l'inizio del 1848. Una maestosa scalinata in granito rosa e tufo introduce alla facciata della cattedrale, decorata con bassorilievi e doppie colonne con capitelli ionici. L'interno presenta una pianta a tre navate con cappelle laterali, transetto e un profondo presbiterio absidato. La copertura della navata è sostenuta da una volta a botte lunettata rinforzata da archi a tutto sesto, mentre l'incrocio tra la navata e il transetto è sormontato da una volta a vela a unghie. Nel 1852 fu eretto il campanile, mentre verso la fine del XIX secolo fu completata la ricostruzione, culminando nella riconsacrazione da parte del Vescovo Serafino Corrias nel 1893. Intorno al 1926, gli affreschi della volta furono realizzati per arricchire ulteriormente l'ornamentazione interna della struttura. Il presbiterio, rialzato rispetto all'aula, ospita l'altare maggiore in marmo intarsiato con elementi policromi, mentre la cappella del Santissimo Sacramento è collocata nel braccio sinistro del transetto e il fonte battesimale nel braccio destro.