По некоторым источникам, проект храма был разработан архитектором Бартоломео Растрелли, по другим данным, одним из его учеников. Во всяком случае, документального подтверждения, ни одной ни другой версии нет.
Стиль барокко, так популярный в середине 18 века, который превосходно представлял Растрелли, и был применён при строительстве собора, а характерные архитектурные приёмы очень похожи на творения великого зодчего. Нет сомнения, что авторство собора принадлежит школе Растрелли. В храме побывали многие русские цари Александр II, увидев собор воскликнул: "Узнаю Растрелли!"
В истории собора есть очевидный факт, связанный с Серафимом Саровским. Семилетний Прохор Мошнин (будущий Преподобный Серафим Саровский), забрался на самый верх строящейся колокольни, закружилась голова и потеряв равновесие, он упал с высоты колокольни на землю, но остался жив и невредим. Теперь на этом месте установлен памятный знак.
В 1934 году, храм закрыли, разместив в его помещениях картинную галерею, художественную студию и музей религии и атеизма. Второе открытие состоялось во время войны с тех пор и по сей день храм является действующим. В 2002 году, на территории собора построена часовня в честь преподобного Серафима Саровского, где в любое время можно набрать чистейшей родниковой воды из источника.