Kyrkan som vid invigningen fick namnet Karls kyrka, påbörjades år 1660 av Karl X Gustaf, invigdes år 1682 under Karl XI och fullbordades år 1703 under Karl XII. Detta är däremot inte Kalmars äldsta kyrka. I den gamla staden invid slottet låg fram till 1670-talet en gotisk femskeppig kyrka, Storkyrkan.

Domkyrkans nuvarande exteriör är stramt klassicistiskt utformad med fyra uppdragna skärmfasader och fyra torn. Kyrkans arkitekt, Nikodemus Tessin d.ä., inspirerades av renässansens kyrkor i Rom och detta schema med tvåvåniga fasader i norr och söder är hämtat därifrån. Vid utformningen har Tessin bl a tagit hänsyn till kyrkotomtens långsträckta form, varför han skapade en bred fasad som famnar torget och leder besökaren till portalen i dess mitt.

Domkyrkan har tre kyrkklockor, samtliga från 1600-talet och hämtade från den medeltida Storkyrkan.

Kalmar Domkyrka är en av de få oförändrade byggnaderna från vår stormaktstid. Interiören blev utformad enligt den evangelisk-lutherska läran med altaret som blickfång. Kyrkorummets inredning och inventarier återspeglar den svenska stormaktstiden med, gravar, epitafier och ett praktfullt barockaltare. Detta altare ritades år 1704 av Nikodemus Tessin d.y. och visar den treenige Guden: Fader, Son och helig Ande. Det äldsta fasta inventariet i domkyrkan är predikstolen, som skulpterades av bildhuggaren Baltzar Hoppenstedt vid mitten av 1600-talet. Den är överförd från den tidigare Storkyrkan. Korets golv utgörs av gravhällar från 1600- och 1700-talet och många av dem har ett stort konstnärligt värde. En dörr vid sidan av koret leder till Kristofferkoret, vilket är uppkallat efter Kalmar stads skyddshelgon, den helige Kristoffer. Kapellet används för enskild andakt och mindre gudstjänster.