La sacristía de la iglesia de La Purísima conserva registros que datan de 1690, escritos en tinta china sobre papel hecho a mano. Cuando el fraile franciscano Antonio de los Reyes llegó a Nueva España en el siglo XVIII como obispo de Sonora, Sinaloa y California, la iglesia de Álamos era un edificio de ladrillo erigido en 1735, el segundo templo en este sitio. El primer templo era de adobe con techo de paja, construido poco después de la fundación de Álamos en 1684.

El obispo Reyes ordenó la reconstrucción a gran escala de la iglesia, con la expectativa de que se convirtiera en catedral. Con tres cúpulas y muros de piedra de un metro y medio de espesor, la construcción comenzó en 1786. Sin embargo, se retrasó debido a la inesperada muerte del obispo Reyes en 1787, y la primera piedra no se colocó hasta 1803. La fecha de finalización de la iglesia es 1826.

El altar de la iglesia actual estaba incrustado con piedras preciosas, pero estas fueron robadas o destruidas durante los levantamientos indígenas y la Revolución de 1910-1921. Las campanas y el reloj de los muros exteriores fueron enviados desde Europa.

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