Нынешний храм поставлен на месте бывшей церкви Николая Чудотворца и Дмитрия Ростовского. Строительство собора велось в течение 44 лет. Освятили обитель в 1889 году, но свои двери для прихожан храм открыл только в 1934 году.
Собор выполнен в стиле русско-византийской архитектуры и поражает своими размерами и красотой. Его пятиглавый силуэт с высокой колокольней виден издалека и является символом города Ельца.