Pierwsze plany gruntownej barokowej przebudowy powstały w 1690 roku z inicjatywy biskupa Paola Naldiniego. Budowę nowego prezbiterium i transeptu rozpoczęto jednak dopiero w 1715 roku, po częściowym zawaleniu się wschodniej części nawy bocznej. Prace prowadził początkowo Bernardino Martinuzzi przy współpracy Carla Milanese, a pierwszy etap rozbudowy zakończono około 1722 roku.
W 1737 roku do opracowania dalszej przebudowy zaangażowano weneckiego architekta Giorgia Massariego. Projektował on na podstawie przesłanego mu drewnianego modelu i prawdopodobnie nigdy nie odwiedził Kopru. Budowę nowego korpusu prowadził Lorenzo Martinuzzi, następnie Domenico Bertini, natomiast przebudowę prezbiterium kontynuował Domenico Schiavi. W 1750 roku Francesco Schiavi wykonał rokokowe dekoracje stiukowe we wschodniej części kościoła, co zakończyło zasadniczy etap barokizacji katedry.
Podczas przebudowy zachowano średniowieczno-renesansową fasadę, mimo że Massari przygotował również projekt jej zastąpienia monumentalną fasadą z kolumnami i trzema portalami.