27 maja 1911 roku odbyło się poświęcenie fundamentów pod budowę Świątyni. Budową kierował bp Jan M. Michał Kowalski przy pomocy duchownych mariawickich posiadających wykształcenie politechniczne: Klemensa M. Filipa Feldmana, Wacława M. Bartłomieja Przysieckiego, Feliksa M. Mateusza Korwin-Szymanowskiego (jako pierwsi zostali oni, wraz z trzema innymi diakonami, wyświęceni na kapłanów w nowo zbudowanej świątyni). Wszystkie szczegóły budowy uzgadniano z Marią Franciszką Kozłowską. Przy klasztorze, na polecenie M. Franciszki, urządzono ogrody: warzywny i kwiatowy.

Fundusze czerpano z dobrowolnych ofiar kapłanów, sióstr i ludu mariawickiego. Św. Maria Franciszka przestrzegała z całą skrupulatnością, by na budowę świątyni nie wpłynął ani jeden grosz nieuczciwie zdobyty. Przez cały czas budowy wszyscy mariawici spieszyli z pomocą, zgłaszając się do społecznej pracy przez wiele dni a nawet tygodni. W ten sposób katedra stała się własnością całego ludu mariawickiego.

Budowę ukończono latem 1914 roku, a 15 sierpnia tegoż roku odbyło się uroczyste jej poświęcenie. Konsekracji dokonał bp M. Michał Kowalski w asyście biskupów i licznie zgromadzonych kapłanów mariawickich w obecności wielotysięcznej rzeszy wiernych z całego kraju.

Katedra mariawicka w Płocku, początkowo nosząca nazwę - p.w. "Nieustającej Adoracji Ubłagania", od 15 sierpnia 1918 roku nazywa się "Świątynią Miłosierdzia i Miłości" - w myśl słów, które tego dnia podczas porannej Mszy św. usłyszała w duszy św. Maria Franciszka - "Sam Pan Jezus poświęcił ją słowem Swoim mówiąc: To jest Świątynia Miłosierdzia i Miłości. (...) Obiecał wysłuchać wszystkich naszych modlitw i próśb, o ile będą zgodne z Wolą Bożą".

Cały obiekt wybudowany jest w stylu neogotyckim. Świątynia jest trójnawową bazyliką zbudowaną na planie prostokąta z wyższą nawą środkową. Fronton katedry wieńczą trzy wieże, a od drugiej strony zamyka kopuła, na której umieszczona jest monstrancja z adorującymi aniołami. Wokół kopuły umieszczony jest napis: Adorujmy Chrystusa Króla panującego nad narodami. Z lotu ptaka widać, że całość (świątynia wraz z budynkami klasztornymi) posiada kształt litery F skierowanej od ulicy i litery E od strony Wisły.

W katedrze znajduje się tylko jeden ołtarz, na którym wystawiony jest w monstrancji Przenajświętszy Sakrament do nieustającej adoracji ubłagania o Miłosierdzie dla całego świata. Nad ołtarzem znajduje się konfesja, wsparta na czterech filarach. Wysoko na konfesji Świątynia Miłosierdzia i miłości w Płocku (zdjęcie z lat dwudziestych XX w.)umieszczona jest tiara papieska i dwa skrzyżowane klucze - symbol najwyższej władzy. Kościół Starokatolicki Mariawitów nie uznaje dogmatów o nieomylności i prymacie papieża, dlatego władzę w Kościele i jej symbole oddaje Utajonemu w Eucharystii Panu Jezusowi Chrystusowi.

Prezbiterium zwieńczone jest czteroboczną kopułą z licznymi gotyckimi świetlikami, dającymi naturalne światło na konfesję i całe prezbiterium. Piętro świątyni zabudowane jest trójdzielnym chórem, w którego części centralnej znajdują się jedenastogłosowe organy wybudowane w 1970 roku, z inicjatywy ówczesnego Biskupa Naczelnego - M. Innocentego Gołębiowskiego. Organy wykonała firma p. Kamińskiego z Warszawy. Liczne stiuki stanowią ozdobę dyskretnego wystroju wnętrza. Nawy boczne oświetlone są ostrołukowymi oknami. Ławy kościelne, drzwi i podłoga klepkowa wykonane są z drewna dębowego. Wnętrze utrzymane jest w kolorach: białym, kości słoniowej i złotym.

W pomieszczeniu klasztornym, w którym mieszkała św.Izba Pamięci - Celka Mateczki Maria Franciszka Kozłowska urządzona jest Izba Pamięci, tzw. Celka Mateczki, w której zgromadzone są pamiątki związane z Jej osobą. W podziemiach świątyni znajdują się groby: św. Marii Franciszki, bpa M. Jakuba Próchniewskiego, bpa M. Filipa Feldmana, bpa M. Bartłomieja Przysieckiego oraz tablica upamiętniająca abpa M. Michała Kowalskiego, zamęczonego w hitlerowskim obozie koncentracyjnym w Dachau.

W latach dwudziestych na wieżach Świątyni zamontowano zegar i dzwony, które co godzinę wygrywały melodie pieśni eucharystycznych. Po II wojnie światowej, w 1947 roku, dzwony zostały zdjęte, gdyż ich ciężar mógłby spowodować zawalenie się wieży.

W okresie niemieckiej okupacji podczas II wojny światowej Świątynia cały czas była czynna, odprawiano Mszę Św. i utrzymywana była całodzienna adoracja Przenajświętszego Sakramentu. Nie uległa dewastacji, chociaż Niemcy trzykrotnie próbowali odebrać klucze, bo zamierzali przerobić kościół na salę teatralną.

W 1962 roku Ministerstwo Kultury i Sztuki zaliczyło świątynię i klasztor do zabytków architektonicznych.