Первая деревянная церковь была построена по указу Петра I в честь победы в Полтавской битве 27 июня 1709 года и стала первым религиозным сооружением-памятником в Петербурге. В 1710 году её освятили во имя святого Сампсония, в 1720-е гг. начали возведение каменного собора. В 1939 году собор был закрыт, здание отдано филиалу музея. С 2002 года в соборе по большим церковным праздникам проводятся богослужения.