La città antica era ricca di acqua. Al centro della città, al posto della Via Etnea, scorreva un fiume, ora sotterraneo, l’Amenano. I Romani avevano costruito un imponente acquedotto che convogliava in città le acque provenienti da una sorgente di Santa Maria di Licodia, un paesino ad una ventina di Km da Catania.
La città, ai tempi dei Romani, ebbe almeno tre complessi termali, di cui il meglio conservato è quello detto della Rotonda, una sala circolare, sormontata da una cupola, che nel corso del VI secolo, fu trasformata in una chiesa. Sempre in una chiesa erano state trasformate le terme dette dell'Indirizzo, (IV - V secolo d.C.) di cui sono ancora visibili gli impianti di riscaldamento delle acque.

Così come altri monumenti della Catania barocca anche il Duomo fu costruito su parte di un antico edificio romano. Posto a un livello più basso del piano di calpestio e completamente nascosto alla vista, questo edificio, conosciuto con il nome di terme Achilliane, si estende fino alla parte sud della piazza. Una porta che si apre sul lato destro della facciata consente di accedere alla grande costruzione che oggi, per motivi di sicurezza, viene tenuta chiusa al pubblico. L'importanza di questo edificio termale è costituita dal fatto che esso conserva, ancora leggibili, le imponenti strutture dei diversi ambienti trai i quali spicca una grande sala rettangolare che misura 12 metri per 13 la cui volta è sostenuta da quattro pilastri. Le ariose volte, riprodotte in alcuni disegni settecenteschi, sono abbellite da strucchi con immagini di fanciulli, animali e viticci con grappoli d'uva. Le terme Achilliane erano forse le più grandi della città, furono costruite agli inizi del III secolo d. C. dal governatore di Sicilia, Lusio Labieno.

La Cattedrale di Catania, dedicata a S. Agata, fu costruita dai Normanni tra il 1070 e il 1093, sui ruderi romani delle Terme Achilliane. In essa si possono riconoscere tre parti: quella originale, "normanna", nelle absidi e nelle due cappelle laterali, quella "sveva" nelle basi di alcune colonne visibili dopo gli scavi nel pavimento e nelle torri dell'ingresso, oggi incorporate nella facciata, e infine quella "barocca", costituita dalle tre navate di Girolamo Palazzotto e della facciata di G. B. Vaccarini, del 1734. Nel XIV secolo sul fianco sinistro del Duomo fu fatto costruire, dal vescovo Simone del Pozzo, un grandioso campanile, alto 70 metri, distrutto dal terremoto del 1693, dal quale rimasero intatti solo il transetto con le tre absidi e le cappelle laterali con la sacrestia.

Il Senato cittadino, dopo il terremoto del 1693, decise di rispettare la stessa collocazione del Duomo Normanno, così G. Palazzolo nel 1709 iniziò ad elevare la chiesa sfruttando le preesistenze architettoniche dell'originario impianto basilicale a tre navate. Tra il 1733 e il 1761 furono eseguiti lavori di restauro ad opera dell'architetto palermitano G. B. Vaccarini, che ne realizzò il prospetto principale, oltre alla statua dell'Elefante, che si trova in piazza Duomo (1735-1736). Egli utilizzò molti materiali preziosi provenienti dai monumenti antichi di Catania.

Nel 1733 cominciarono i lavori portati a termine nel 1757. Nel 1780, venne iniziata, ad opera dell'architetto Battaglia, la cupola completata nel 1805, mentre il campanile e il cupolino furono costruiti nel 1869 su progetto dell'architetto Carmelo Sciuto Patti. All'interno tra un pilastro e l'altro si possono vedere alcune strutture dell'antico tempio portate alla luce durante i restauri eseguiti nel 1952. La chiesa presenta una pianta a croce latina a tre navate la maggiore delle quali è separata dalle minori da una serie di colonne, sette per ogni lato, rivestite da lesene in pietra calcarea. La zona absidale, oggi inglobata nel cortile dell'Arcivescovado, si trova sul lato est. Nell'abside maggiore, sopraelevato rispetto all'aula, si trova l'altare maggiore, in quella di sinistra vi è la cappella del SS. Sacramento, mentre quella di destra è adibita a cappella di S. Agata, che contiene il sepolcro del viceré D'Acuna.

All'interno di una piccola camera sono poste le reliquie della Santa patrona di Catania. Il transetto ospita a destra la cappella del "Rosario" e a sinistra quella del "Crocifisso". All'incontro del transetto con la navata centrale si erge la cupola a base circolare realizzata all'esterno con pietra calcarea di Siracusa e all'interno con mattoni intonacati e decorazioni in stucco. La facciata, realizzata dal Vaccarini, presenta tre ordini, quello composito, quello corinzio e quello attico, e con il suo movimento di ombre e di luci e le sue linee spezzate, segue l'andamento tipico del barocco.

All'interno si trovano oltre alla preziosa cappella di S. Agata, i sepolcri dei re aragonesi, la tomba del musicista catanese Vincenzo Bellini (1801-1835), e quella del Cardinale Dusmet, l'affresco de Il Battesimo di Cristo, una tela con la Madonna delle Grazie, S. Gaetano e S. Filippo Neri di G. Tuccari (1667-1743), una tela con S. Febronia, una con S. Rosalia una con S. Antonio di Padova e una con S. Antonio Abbate del Borremas (1735-40), una Sacra Famiglia del pittore catanese del Seicento P. Abbadessa, una tela con la Madonna Corredentrice dell'artista catanese contemporaneo E. di Giovanni (1887-1979), una tela con S. Giorgio del 1624 del Catanese G. La Manna, S. Francesco di Paola del catanese G. Guarnaccia Artista settecentesco). Nel quinto altare si trova la tela, datata 1605, del Martirio di S. Agata opera del grande artista toscano F. Paladini, che ha lasciato numerosi capolavori in Sicilia. In essa l'artista concepisce un vasto scenario che funge da fondale alla scena del martirio in primo piano e una quinta digradante di architetture costituita da un loggiato e da una balconata, i cui motivi decorativi riprendono la tradizione fiorentina.

Il tema del martirio di S. Agata si ricollega al culto catanese della Santa patrona che, proprio all'interno della cattedrale, esplode tra momenti di fede e colorite tradizioni popolari.