La cattedrale venne edificata tra V e VI secolo utilizzando ciò che restava di un antico tempio romano a cinque navate del foro cittadino; venne dedicata a san Cesario, diacono e martire a Terracina nel II secolo.[2] L’edificio subì diversi interventi e restauri, tra cui quello dell’XI secolo (con la consacrazione al patrono della città san Cesareo del 1074), quello del XIII secolo e soprattutto il restauro settecentesco, che ridusse la chiesa da cinque a tre navate con la costruzione di cappelle laterali e la copertura a botte del soffitto al posto delle capriate romaniche.
Notizie contenute nel Liber Pontificalis riferiscono di una donazione effettuata da papa Leone IV (847-855), probabilmente riferibile alla consacrazione della chiesa. All’inizio dell’XI secolo papa Alessandro II (1061-1073) concesse la diocesi di Terracina con tutte le sue pertinenze all’abate di Montecassino Desiderio (1058-1086), che ne conservò la cattedra fino alla sua elezione a papa nel 1086 con il nome di Vittore III (1086-1087). Alla sua morte, proprio nella cattedrale di San Cesareo si celebrò il conclave del 1088 che elesse papa Urbano II al soglio pontificio (1088-1099). La cattedrale fu ricostruita e dedicata dal vescovo Ambrogio il 24 novembre del 1074 e completata tra il XII e il XIII secolo.[3]
I restauri eseguiti nel 1926, promossi da Pietro Fedele, ministro dell’Educazione Nazionale, interessarono prevalentemente l’esterno della cattedrale: la demolizione delle volte e pilastri del pronao, oltre a quella della fatiscente loggia delle benedizioni, con l’intento di riportare la facciata al suo aspetto medioevale. A seguito del rinvenimento di ulteriori parti murarie dell’antico tempio romano durante i lavori del dopoguerra, iniziarono negli anni Cinquanta e Sessanta indagini sulle murature più antiche dell’edificio, tese ad approfondire la storia e le problematiche del monumento.