К 300-летию династии Романовых в 1913 году на народные пожертвования построили уникальный храм-реликварий. Архитектор С. Кричинский создал проект в стиле ростовских храмов с белокаменными фасадами и майоликовыми панно, изображающими родословное древо Романовых.
Собор возвели на месте подворья Феодоровского монастыря, чья икона в 1613 году благословила на царство Михаила Романова. Нижний храм выполнен в новгородском стиле XIII века, верхний — в московском стиле XVII века. Особую ценность представляли колокола с именами царской семьи и паникадило в виде шапки Мономаха диаметром 6,4 м. Торжественное освящение 15 января 1914 года прошло с участием Николая II и его семьи.
В 1932 году храм закрыли и перестроили под молокозавод. Возрождение началось только в 1993 году. При восстановлении колокольни с «Романовским звоном» в 2009 году был обнаружен фрагмент колокола с именем княжны Татьяны. Все колокола были воссозданы в 2010 году на колокольном заводе в Ярославской области.