Katedra w Karlskirche jest unikalną ciekawostką architektoniczną, mieszanką elementów starożytnej Grecji i Rzymu z stylami bizantyjskim, renesansowym i barokowym. Zamówiony przez dwór cesarski Habsburgów w celu wypełnienia ślubów zakonnych, jego symboliczne szczegóły miały również wzmocnić historyczne roszczenie Wiednia jako doczesnego centrum chrześcijaństwa.
na początku XVIII wieku Europa Środkowa została dotknięta ostatnim Wielkim Wybuchem czarnej zarazy. Święty cesarz rzymski Karol VI złożył ślub budowy kościoła pod wezwaniem św. Carlo Borromeo-czczonego za pomoc ofiarom zarazy mediolańskiej w XVI wieku, a imiennika cesarza-jeśli Miasto zostanie uratowane. Po przejściu zarazy nowy kościół został oficjalnie ogłoszony w 1713 roku.
kościół został zaprojektowany przez nadwornego architekta Johanna Bernarda Fischera von Erlach, którego architektura Barokowa głęboko wpłynęła i ukształtowała gusta Habsburgów. Ambitny projekt Von Erlacha koncentruje się wokół portyku w stylu starożytnej greckiej świątyni, flankowanego przez dwie kolumny wzorowane na kolumnie Trajana w Rzymie. Bliźniacze kolumny nawiązują do Świątyni Salomona, a także filary Herkulesa (symbol przyjęty przez Karola V do reprezentowania Świętego Cesarstwa Rzymskiego) i razem przypominają Panteon starożytności. Na kolumnach znajdują się płaskorzeźby wykonane przez włoskiego rzeźbiarza Lorenzo Mattielli i przedstawiają sceny z życia Świętego Borromeo. Kopuła przypomina kopułę św. Bazylika Piotra, ale różni się tym, że podstawa jest wydłużoną elipsoidą.
w ołtarzu głównym scena przedstawia Wniebowstąpienie św. Nad grupą rzeźbiarską przed źródłem światła ustawiony jest krąg aniołów i promieni słonecznych, nawiązujący do podobnego projektu znalezionego w Bazylice św. Piotra. Fresk kopuły został namalowany przez Johanna Michaela Rottmayra z Salzburga i Gaetano Fanti z Bolonii i przedstawia wstawiennictwo św. Borromeo-wspierane przez Matkę Boską-błagające Trójcę Świętą o zakończenie zarazy w Wiedniu.