La cathédrale de Karlskirche est une curiosité architecturale unique, un mélange d’éléments grecs et romains anciens avec des styles byzantin, Renaissance et Baroque. Commandée par la Cour impériale des Habsbourg pour réaliser un vœu religieux, ses détails symboliques ont également cherché à renforcer la revendication historique de Vienne en tant que centre temporel de la Chrétienté.
Au début du XVIIIe siècle, l’Europe centrale a été frappée par la dernière grande épidémie de Peste noire. L’empereur du Saint-Empire romain germanique Charles VI a fait le vœu de construire une église dédiée à Saint Carlo Borromée — vénéré pour avoir soigné les victimes de la peste milanaise au 16ème siècle et homonyme de l’empereur — si la ville était sauvée. Après la peste passée, la nouvelle église a été officiellement annoncée en 1713.
L’église a été conçue par l’architecte de cour Johann Bernard Fischer von Erlach, dont l’architecture baroque a profondément influencé et façonné les goûts de l’Empire des Habsbourg. La conception ambitieuse de Von Erlach est centrée autour d’un portique dans le style du temple grec ancien, flanqué de deux colonnes sur le modèle de la colonne de Trajan à Rome. Les colonnes jumelles font référence au Temple de Salomon ainsi qu’aux Piliers d’Hercule (symbole adopté par Charles Quint pour représenter le Saint-Empire romain germanique), et rappellent ensemble le Panthéon de l’antiquité. Les colonnes présentent des reliefs réalisés par le sculpteur italien Lorenzo Mattielli et représentent des scènes de la vie de Saint Borromée. Le dôme rappelle celui de St. La basilique de Pierre, mais est remarquablement différente en ce que la base est un ellipsoïde allongé.
Au maître-autel, une scène représente l’ascension de Saint Borromée. Au-dessus du groupe de sculptures, un cercle d’anges et de rayons de soleil est disposé devant une source de lumière, faisant écho à un dessin similaire trouvé dans la basilique Saint-Pierre. La fresque du dôme a été peinte par Johann Michael Rottmayr de Salzbourg et Gaetano Fanti de Bologne, et affiche une intercession de Saint Borromée — soutenue par la Vierge Marie — suppliant la Sainte Trinité de mettre fin à la peste à Vienne.