I monumentali resti del tempio di età augustea sono oggi inglobati nelle murature della cattedrale di San Procolo e Gennaro a Pozzuoli, la colonia romana Iulia Augusta Puteoli fondata nel 194 a.C. Il tempio augusteo, che a sua volta aveva inglobato un Capitolium di età repubblicana dedicato alla triade capitolina Giove, Giunone e Minerva.

Nel 1636 il vescovo Martín de León y Cárdenas, in conformità ai dettami della controriforma, diede avvio alla ricostruzione del duomo, che terminò nel 1647. Questo intervento fu progettato dall'architetto Bartolomeo Picchiatti con la consulenza artistica di Cosimo Fanzago. Dopo aver sfondato la parete nord del tempio romano, fu realizzato un nuovo coro e messo in collegamento con la coeva sala Capitolare, che oggi si presenta ricoperta da affreschi raffiguranti tutti i vescovi di Pozzuoli fino al 1732. Inoltre, nel 1633, fu costruito un nuovo campanile, (demolito nel 1968, dal quale sono state recuperate tre delle sue quattro antiche campane).

L'interno del duomo fu arricchito dal de León con splendidi quadri di noti artisti dell'epoca, tra i quali si ricorda, innanzitutto, Artemisia Gentileschi, autrice delle tre tele San Gennaro nell'anfiteatro di Pozzuoli, Santi Procolo e Nicea, Adorazione dei Magi. Si aggiungono al notevole patrimonio della chiesa importanti tele di Giovanni Lanfranco, Cesare Fracanzano, Francesco Fracanzano, Agostino Beltrano, Onofrio Giannone, Massimo Stanzione e Paolo Finoglio (San Pietro consacra vescovo san Celso).

La cattedrale presenta un'unica navata, allestita nella cella e nel pronao, i cui intercolunni laterali sono stati richiusi con alte pareti in cristallo strutturale, dell'antico Tempio romano; è stato riportato il pavimento del Tempio alla sua quota originaria ed è stato scavato al suo interno il piano dello stilobate realizzando un piano inclinato (con le panche) di raccordo con lo spazio del presbiterio posto ad una quota più bassa, in modo da valorizzare il percorso archeologico sottostante, nel quale sono conservati i resti del Podio di età repubblicana identificato con il Capitolium della colonia romana del 194 a.C.