Заложен в 1761 на месте первоначального деревянного храма во имя Владимирской иконы Божией Матери, построенного в 1747 для жителей придворной слободы. Двухэтажный храм строился и достраивался в несколько этапов: с 1761 по 1783 и во второй половине XIX в., с участием таких зодчих, как П. Трезини, Дж. Кваренги, Б. Растрелли, Ф. И. Руска. В 1887–1888 в связи с 900-летием Крещения Руси была произведена большая реставрация. Закрыт в 1932, возвращен Церкви в 1989.
С 7 мая 2000 имеет статус собора. Сегодня действуют два престола: главный, во имя Владимирской иконы Божией Матери (престольные праздники: 8 сентября, 3 июня, 6 июля), вновь освящен митрополитом Ленинградским и Новгородским Алексием (Ридигером) 7 апреля 1990; и престол во имя свв. мцц. Веры, Надежды, Любови и матери их Софии (престольный праздник – 30 сентября), вновь освящен
архимандритом Симоном (Гетя) в сентябре 1992. Собор – объект культурного наследия федерального значения, охраняется государством.