Cette église est construite en 1912 sur un emplacement acheté par la Ville en 1828, car dès 1825, les habitants avaient jugé trop petite l'église primitive Saint-Charles située à proximité, entre les rues Emile-Combe et d'Arcole. Le concours d'architecture n'est lancé qu'en 1862 et l'architecte Pierre Bossan est lauréat. Les actes d'acquisition et la délibération municipale du 29 février 1828 précisaient la construction de la future église. N'ayant pas honoré ses engagements, la Ville doit restituer le terrain aux descendants des propriétaires, à la suite d'un long contentieux. Ceux-ci fondent une Société Immobilière avec le curé de la paroisse, Henri Rivoire, qui prend la direction générale des opérations de construction à partir de 1912, sur des plans révisés par l'architecte Rey. L'architecte stéphanois Francisque Dodat assure la maîtrise du chantier d'édification. La bénédiction a lieu le 20 décembre 1923. Les vitraux dus à Mauméjan sont posés de 1925 à 1929, la tribune et la chaire en 1932 et 1933. Le parvis est terminé en 1941. Le diocèse de Saint-Etienne est créé le 26 décembre 1970 ce qui entraîne l'érection de l'église Saint-Charles en cathédrale.