В основе названия собора лежит важная католическая традиция — почитание Непорочного Сердца Богородицы. Этот образ символизирует её глубокую и чистую любовь к Богу и людям, а также её сострадание и духовную чистоту, убережённую от первородного греха. Кафедральный собор стал преемником старинного неоготического костёла в Иркутске, который так и не вернули верующим, и олицетворяет собой символ возрождения католической общины.
Это здание интересно своей экспрессивной архитектурой в стиле конструктивизма, где вечные христианские символы переосмыслены через строгую современную геометрию. Фасад собора формируют две устремлённые ввысь белоснежные башни, которые символизируют сложенные в молитве руки. Между ними парит бетонная перемычка в форме митры — головного убора епископа, а венчает композицию крест, из которого в разные стороны исходят тонкие стальные лучи Божьего Милосердия. Справа от входа расположена глубокая по смыслу Часовня Примирения и Мира: фигура Христа здесь окружена мраморными плитами с землёй из мест массовых захоронений сталинских репрессий со всей Сибири, что превращает собор в важный мемориал памяти.
Внутри храма архитектурный минимализм уступает место выразительным природным фактурам и сибирскому колориту. Пол выложен из местного слюдянского гранита и саянского мрамора, а главным композиционным и духовным сердцем интерьера служит алтарь, высеченный из цельного массива зелёного байкальского нефрита. Этот камень символизирует укоренённость местной веры и память о тех, кто пострадал в этом краю. Нефритовый престол окружён Распятием в кольце огня, напоминающим о библейской неопалимой купине. Сама конструкция здания, спроектированная польским архитектором Анджеем Хвалибогом и иркутскими мастерами Олегом Бодулой и Владимиром Стегайло, полностью выполнена из железобетона с кирпичной облицовкой, что делает этот уникальный собор абсолютно устойчивым к сильным байкальским землетрясениям. Собор живёт активной культурной жизнью: благодаря установленному на хорах органу, здесь регулярно проходят концерты духовной и классической музыки.