a Karlskirche székesegyház egyedülálló építészeti érdekesség, az ókori görög és Római elemek keveréke Bizánci, reneszánsz és barokk stílusokkal. A Habsburg császári udvar megbízásából vallási fogadalom teljesítésére, szimbolikus részletei Bécs történelmi igényét is igyekeztek megerősíteni, mint a kereszténység időbeli központját.
a 18.század elején Közép-Európát sújtotta a fekete pestis utolsó nagy kitörése. Károly Szent Római Császár fogadalmat tett, hogy Szent Carlo Borromeónak szentelt templomot épít—amelyet a 16.században a Milánói pestis áldozatainak gondozásáért tiszteltek, a császár névadóját pedig—ha a várost megmentik. A pestis elmúltával az új templomot hivatalosan 1713-ban jelentették be.
a templomot Johann Bernard Fischer von Erlach udvari építész tervezte, akinek barokk építészete mélyen befolyásolta és formálta a Habsburg Birodalom ízlését. Von Erlach ambiciózus kialakítása az ókori görög templomi stílusú portico köré összpontosul, amelyet két oszlop szegélyez, amelyek Traianus római oszlopa alapján készültek. Az ikeroszlopok Salamon templomára, valamint Herkules oszlopaira utalnak (V. Károly által a Szent Római Birodalom jelképeként elfogadott szimbólum), és együttesen az ókor Panteonjára emlékeztetnek. Az oszlopok Lorenzo Mattielli olasz szobrász által készített domborműveket tartalmaznak, és Szent Borromeo életének jeleneteit ábrázolják. A kupola emlékeztet a Szent. Péter-bazilika, de figyelemre méltóan különbözik attól, hogy az alap hosszúkás ellipszoid.
a főoltárnál egy jelenet ábrázolja Szent Borromeo mennybemenetelét. A szoborcsoport felett egy angyalokból és napsugarakból álló kör van elrendezve egy fényforrás előtt, amely a Szent Péter-bazilikában található hasonló mintát visszhangozza. A kupola freskóját a Salzburgi Johann Michael Rottmayr és a Bolognai Gaetano Fanti festette, és Szent Borromeo közbenjárását mutatja-Szűz Mária támogatásával -, aki a Szentháromsághoz könyörgött, hogy vessen véget a Bécsi pestisnek.