Kiedy w 1888 r. upadła ostatecznie orkiestra katedralna, która od XVIII w. uświetniała nabożeństwa w katedrze włocławskiej, ks. Leon Moczyński utworzył z alumnów seminarium chór, który śpiewał w czwartki na mszy wotywnej o Najświętszym Sakramencie. Wkrótce znalazło się sporo chętnych do śpiewania z miasta.

Katedra miała zatem dwa chóry: klerycki i chór „mieszany” (chłopięco-męski), które często występowały razem pod nazwą „Chóry katedralne”.

Za czasów następcy ks. Moczyńskiego chór opuścił katedrę i zaczął występować w klasztorze reformatów i w kościele św. Jana. W 1918 r.  powrócił do katedry.

W 1925 r. nastąpiło definitywne zerwanie z katedrą części chóru, która przyjęła nazwę Towarzystwa Byłych Chórów Katedralnych „Lutnia” we Włocławku (przetrwało ono do dziś; ma charakter świecki i występuje jako Rzemieślniczy Chór „Lutnia”). Wobec tego faktu, ks. Andrzej Nodzyński odbudował chór katedralny i kontynuował  z nim pracę.

W 1938 r. dyrygentem  Chóru Katedralnego został ks. Tadeusz Guzenda. W latach sześćdziesiątych ks. Guzenda utworzył – obok istniejącego chóru męskiego – trzygłosowy chór żeński.

Za dyrygentury ks. prałata Zbigniewa Szygendy (1977–1983) powstał chór mieszany z połączenia istniejących chórów: męskiego i żeńskiego.

​Od 1983 r. do 2020r. dyrygentem czterdziestopięcioosobowego chóru był ks. prałat Józef Nowak.

W 2013 r. chór obchodził jubileusz 125 lat istnienia.

Od 2020 r. dyrygentem chóru jest ks. Marcin Ziółkowski.