Feltételezhetően már a 13. században állt egy, a székelyudvarhelyi Szent Miklós tiszteletére szentelt plébániatemplom, melynek papjáról a pápai tizedjegyzék tesz említést. Ebben Udvarhelyt a telegdi főesperességben tűntetik fel, amelyet három alesperesség alkotott: a marosi, a csíki és az erdőháti (erdőlaki). Ez utóbbi alesperességben említik Udvarhelyt. 1592 karácsonyán érkezett a városba Mediomontanus János jezsuita, akinek a nevéhez fűződik az első udvarhelyi középfokú tanintézet alapítása. Őt követte Marovásárhelyi Gergely jezsuita hitszónok, aki tudásával és kiváló hitszónoki képességével 250 lelket térített vissza a katolikus hitre. A reformáció idején templom nélkül maradt katolikusoknak a piac téri iparosok sátrában miséztek. A plébános is a bethlenfalvi leányegyházban székelt. 1612-ben a katolikus templomot birtokba vették a reformátusok és csak 1633-ban, fejedelmi rendeletre adták azt vissza. A hívek ez idő alatt Bethlenfalvára jártak szentmisére. A korszakra jellemző felekezetközi vitákat és ellentéteket több oklevél is tanúsítja. A 17. században a város lakossága vallásilag nagyjából egyforma arányban oszlott meg. 1646-ban, a gyulafehérvári káptalan által kiállított oklevél szerint, a város római katolikus lakossága kiegyezett a református résszel, hogy a bíróságot ezután felváltva viseljék: egyik évben a katolikusok, a másik évben a reformátusok. Megállapodtak abban is, hogy a tanácsban fele-fele arányban vesznek részt, és a bevételekből egyformán részesülnek.
1651-ben Sámbár Mátyás jezsuita atya a megrongált plébániaépület és templom felújításába kezdett, de komolyabb építkezésre csak az 1661-es török hadjárat után kerülhetett sor. Ez a templom a jelenleg plébániaként működő egykori jezsuita rendház és a mai templom közötti virágoskert helyén állt. Romjai 1989-ben bukkantak elő, a kőrisfagyökerek kiásásakor. Ebből a templomból egy gazdagon díszített, 1679-ben készült ajtókeret maradt fenn, amely a jelenlegi templom oldalkápolnájának keleti bejáratát keretezi.
Új templom építésére az 1780-as években került sor a jezsuitából világi pappá lett Kadicsfalvi Török Ferenc főesperes működése alatt. Schmidt Pál marosvásárhelyi tervező 1782-ben készítette el az új székelyudvarhelyi templom terveit, amelyek mindmáig megőrződtek a plébánia tervtárában. A háromhajós templom építésének irányítását 1788-tól Türk Antal vette át. Az építkezést 1793-ban fejezték be, a templomot Batthyány Ignác püspök szentelte fel.
A várossal a 16. század végén összeépült hajdani Gyárosfalva területén áll a Jézus kápolna. Építési idejét a 2011-ben végzett régészeti ásatások tisztázták. Eszerint, a kápolna a 15. század vége és a 17. század közepe között épült.
A fejedelemség idején a városközpontban létezett egy Szent Anna kápolna is, amelyet az első református templom építésekor bontottak le valamikor az 1633-as évi rendeletet követően. Az új reforomátus templom már nem a kápolna közvetlen helyére épült, hanem annak szomszédságába. A kápolna pontos építési idejét és létezését a régészeti ásatások, illetve további történeti írott források kutatása tisztázhatná.
Udvarhelyszék első középiskoláját a jezsuita szerzetesek alapították 1593-ban Székelyudvarhelyen. A reformáció idején Erdélyből többször kitiltott jezsuiták 1652-ben tértek vissza a városba és az általuk alapított iskolát 1652–1736 között kisgimnáziumként működtették. 1736-tól ez az intézmény teljes fokozatú gimnáziumként működött. Ebből az iskolából alakult ki a későbbi katolikus gimnázium, vagyis a jelenlegi Tamási Áron Gimnázium.