A felsővárosiak kápolnáját, már 1775-ben templomnak minősítették. A Belvárosi és a Felsővárosi plébánia, közel azonos létszámmal vált külön: a felsővárosiak első plébánosa Szabó József lett 1778-ban. A városrész polgárai a bővítés érdekében folyamatosan kulcsoltak a városvezetésnél és a püspökségnél. Gyűjtést is szerveztek a templom megnagyobbítására 1800-ban és szép számmal adakoztak a városrész lakói. A templomot 18001 és 1807 között építették szép nagy templommá.
Képek a Szent Sebestyén templomról A felsővárosi gazdák 1807-ben felajánlották, hogy a Szent Sebestyén templom melletti romos iskolát megveszik és lebontják a tűzveszély miatt és nem utolsó sorban a templom „díszességét” is növelni akarták. Az élelmes hívők a bontási anyagot elárverezték és 1070 forintért eladták, majd ezt a templom javára felajánlották. A templom előtti utat 1809-ben lekövezték, az összegyűjtött pénzből, azonban ehhez a Belvárosi plébánia is hozzájárult.
A két torony építése 1836-ban történt, Fridl Károly rajzmester tervei alapján készült. Az építkezés idejére még a téglaégetőt is a templom rendelkezésére bocsátotta a város. A követ a Csúcsos-hegyi kőbányából hordták, az építkezést Vass János tanácsos vezette. Az építkezés azonban nem úgy sikerült ahogyan azt elképzelték, ugyanis a templomtornyok már 1840-ben megrepedeztek, ezt 1849-ben Szász Ferenc építőmester szakértői véleményben közölte a tanácsüléssel, hogy a Szent Sebestyén templom tornyait meg kell erősíteni, az azt építő Langmár Mihály kőműves mester úrnak. Ezeket azonban a tanács javíttatta meg és a költségeket behajtatta a kőművesen.
A kőfaragó munkájáért, pedig még az építkezés után két évvel mindig tartozott a mester özvegyének. A toronyórát Németh Ignác órásmester 6 évi jótállással 1000 forintért készítette, ezt is adományokból fizették.A templomban egészen 1885-ig tartottak német nyelvű istentiszteletet, ugyanis ebben az esztendőben a megyéspüspök határozatban szüntette meg a felsővárosi plébánián és a ciszterciták templomában a német nyelvű liturgiát és intézkedett a magyar nyelvű istentisztelet meghonosításáról.
A felsővárosi templomnak 1917előtt hat harangja volt, amik ekkor vándorútra keltek és beolvasztották őket ágyúnak, harang újra csak 1927-ben lett, az akkori újság beszámolója szerint április 14-én „megkondult a felsővárosi Szent Imre harang. A 951 kg-os harangot kifeszített kötél őrzi. Ez a harang Walser Ferenc budapesti cégének harmadszori öntése”
A templomban már a harmincas évek elején volt villanyáram és kivilágítottak voltak a toronyórák, azonban a város nem fizette a villany költségeit így azt kikapcsolták: „ Székesfehérvár Szabad Királyi Város Közüzeme a felsővárosi templom toronyórái kivilágítására szolgáló 6 darab 60 wattos átalányégőt kikapcsolta és végleg beszüntette világításukat.
A templom a 2. Világháborúban megsérült, egyik tornyát el is vesztette és csak 1960-ra épültek fel teljesen a tornyok a hívek adományából, és ekkor restaurálták a Szent Sebestyén szobrot is.