Собор в русско-византийском стиле — одно из первых каменных зданий в городе. Строился как памятник Александру III, начавшему строительство Транссибирской магистрали. Стройкой руководил инженер-путеец Н. М. Тихомиров, который считается одним из основателей Новосибирска.
В 1920–1930-х гг. собор принадлежал обновленческой церкви — раскольническому движению в РПЦ, ориентированному на сотрудничество с советской властью. В 1937 г. храм закрыли и попытались взорвать, но здание устояло. В 1940-е гг. в здании собора размещался проектный институт «Промстройпроект», а в 1950–1980-х — Западно-Сибирская студия кинохроники. В 1990-х гг. храм возвращен верующим и отреставрирован.