Die Kirche hat ihren Standort seit ihrer Einweihung im Jahr 1811 an der Königstraße. Damals war sie die erste katholische Kirche in Stuttgart nach der Reformation. König Friedrich I. von Württemberg hatte den Katholiken das Grundstück zur Verfügung gestellt, kurz zuvor war die Ausübung des katholischen Glaubens unter den königlichen Schutz gestellt worden. Erbaut wurde die katholische Kirche aus den Steinen der evangelischen Hofkirche beim Schloss Solitude, die man dort abgetragen hatte.
Im Zweiten Weltkrieg wurde die Kirche St. Eberhard fast vollständig zerstört, es folgten der Wiederaufbau und im Laufe der Jahre mehrere Umbauten, die der Kirche schließlich ihr heutiges Erscheinungsbild gaben. Im Jahr 1978 wurde die Kirche zur Domkirche der Diözese Rottenburg-Stuttgart erhoben. Sie ist die meistbesuchte Kirche der Diözese und wird unter anderem für ihre Kirchenmusik und die offene Atmosphäre geschätzt.
Das benachbarte "Haus der Katholischen Kirche" ist ebenfalls einen Besuch wert. Nicht nur die Innenarchitektur des Anbaus ist sehenswert, auch das Café lädt zum Verweilen ein.