Первая церковь на месте, где теперь возвышается собор святого Стефана, была построена в 6-7 веках, затем её сменила постройка 9 века, сгоревшая и быстро восстановленная в следующем столетии.
В 1135 году архиепископ Санский Анри Санглие решает возвести на месте старого романского здания новый собор, достойный называться резиденцией главного епископа. Есть версия, что Санглие поручил проект зодчему Гийому де Сансу (Гильому из Санса), который отошёл от традиционных романских архитектурных форм и впервые предложил использовать в конструкции перекрытий стрельчатый свод. В это же время и в похожем новом стиле строится знаменитая базилика Сен-Дени в северном пригороде Парижа, однако в отличие от собора в Сансе, она станет кафедральной только в 1966 году. Поэтому именно собор святого Стефана принято считать первым кафедральным готическим собором Франции.
Несмотря на то, что строительство собора замирало на время эпидемии чумы и Столетней войны, зодчие сумели соблюсти целостность ансамбля и сохранить стиль, заданный первым архитектором. В период с 1490 по 1517 работы возобновляются под руководством парижского мастера Мартена Шамбижа (1460 - 1532), он создаёт просторный трансепт в стиле пламенеющей готики. Южную часть трансепта украсил круглый витраж с изображением сцен Страшного Суда и жития святого Стефана, подаренный архиепископом Санским Тристаном де Салазаром. Реконструкция той самой южной башни, которая обрушилась ещё в 13 веке, закончилась только к 1532, а двумя годами позже к башне добавилась небольшая колокольня. Так, спустя четыре столетия после начала работ, собор был полностью завершён. В период Великой Французской Революции здание было серьёзно повреждёно, пострадали в первую очередь скульптуры. В 19 веке под руководством архитектора Марка Робелена проведена реставрация, в ходе которой капеллы 13 века были разрушены, а на их месте возведены новые, несколько странного вида.
Самая древняя часть западного фасада – северная башня, построенная в конце 12 века. Башня носит имя Свинцовой, так как до середины 19 века её шпиц был покрыт свинцовыми пластинками. Портал башни посвящён Иоанну Крестителю; на тимпане представлены сцены крещения Христа и усекновения главы Иоанна.
Большая часть центрального портала уцелела во время обрушения в 1268 году. Здесь можно увидеть скульптуру святого Стефана, а также медальоны с изображениями мудрых и неразумных дев: мудрые девы находят Небесные врата открытыми (слева), а для неразумных дев они заперты (справа). До Революции на фасаде было больше скульптур, но они не сохранились. В нижней части портала на трёх уровнях расположены скульптурные барельефы: самый нижний представляет геометрические мотивы (его переделывали в 19 веке). На средней части изображены сказочные существа, животные, а также Пороки и Добродетели, а верхний демонстрирует Семь свободных Искусств, Философию и календарь. На тимпане центрального портала, сильно пострадавшего в 13 столетии, но позже восстановленного, изображено мучение святого Стефана. Остальные элементы центрального фасада датируются концом 13 - началом 14 веков, за исключением изображения Христа (19 век).
Южная башня носит название Каменной. Её портал посвящён Деве Марии, здесь можно увидеть изображения Успения Богоматери, а на тимпане – Коронования Марии. На третьем уровне башни расположена группа из пяти скульптур, это часть галереи, представляющей архиепископов Санса (другие пять скульптур находятся с другой стороны башни). Венчает башню небольшая восьмиугольная колокольня в ренессансном стиле.
На южном боковом фасаде собора расположен портал пророка Моисея (1490- 1500), эту часть здания проектировал Мартен Шамбиж, участвовавший в строительстве соборов Сенли, Труа и Бове. Также здесь находятся изображения Успения и Коронования Богоматери. Над порталом расположен высокий 18-метровый круглый витраж с изображением Страшного Суда (16 век). Фасад в стиле пламенеющей готики выходит на Дворец архиепископов. В конструкции северного бокового фасада видны аркбутаны без характерных водостоков и горгулий. Во времена первого архитектора собора аркбутаны были новыми незнакомыми элементами, можно сказать, это один из первых опытов их применения, поэтому и выглядят они непривычно просто. На северном фасаде также есть витраж 16 века с изображением на библейские темы.
Широкий неф собора (15,25 метра) состоит из четырёх квадратных пролётов и одного прямоугольного. В структуре нефа прослеживаются три уровня: аркады, трифорий и высокие окна. Боковые нефы состоят из семи пролётов.
Есть здесь любопытная деталь, которую может заметить лишь внимательный посетитель: в одной из частей нефа между выступами опоры выглядывает маленькая каменная голова. Считается, что это скульптурный портрет одного из советников короля Филиппа VI Валуа (1293-1350). Этому человеку повезло оказаться в самом центре конфликта короля с архиепископом, за что он и был «увековечен» в стенах собора. Каноники нашли достойное применение голове неприятного советника – они тушили об неё свечи.
В отличие от нефа, трансепт двухуровневый, он включает в себя аркады и окна; отсутствие трифория позволило сделать окна очень высокими. Кроме того, Шамбиж приподнял свод трансепта: его высота составляет 27,5 метров в северной части и 27 – в южной. Из-за этого трансепт будто вбирает в себя весь свет снаружи, превращаясь в настоящий шедевр пламенеющей готики. В боковых окнах южного рукава трансепта установлены витражи с изображениями на библейские темы. Здесь же находится капелла Девы Марии, где над алтарём возвышается скульптура Марии 14 века. Окна северной части трансепта украшены витражами (16 - 17 века) с библейскими сюжетами, а также изображениями канонизированных архиепископов Санса.
Хоры собора состоят из пяти пролётов, над ними возвышаются шестичастные своды. Главный алтарь датируется 18 веком. В одной из боковых капелл хора (18 век, автор Гийом Кусту) захоронены останки Людовика Фердинанда, дофина Франции, старшего сына Людовика XV. В галерее, огибающей алтарный выступ собора, можно увидеть скульптуру архиепископа Кентерберийского святого Томаса Бекета, который в 12 столетии скрывался здесь от гнева английского монарха Генриха II.
В 13 столетии в соборе святого Стефана состоялась свадьба Людовика IX Святого с Маргаритой Прованской. Людовик известен не только как один из мудрых королей Франции, но и как покровитель искусств, зодчества – при нём было построено много храмов (собор в Реймсе, Святая Капелла в Париже и другие).
Орган кафедрального собора, установленный со стороны западного фасада, датируется 18 веком. Тщательно отреставрированный в 1991 году инструмент позволяет исполнять музыку 17 - 18 веков. Сокровища кафедрального собора выставлены в помещении бывшего Дворца архиепископов, ныне Музее Санса.
Собор святого Стефана оказал влияние на архитектуру многих других храмов (например, в Никосии, Женеве), не говоря уже о Кентерберийском соборе, в перестройке которого участвовал первый зодчий Гийом де Санс. С 1840 года собор признан памятником архитектуры и истории.
Кафедральный собор святого Стефана открыт для свободного посещения круглый год с 8:30 до 18:00 (кроме утренних часов в воскресенье); возможны также групповые экскурсии в сопровождении гида. Здание собора расположено в центральном квартале города, в так называемом «Миндале» (франц. «Amande» – миндаль, ядро); сюда удобно добираться по улице Rue de Brennus.
