Собор был основан в 1810 году, когда тверской, ярославский и новгородский генерал-губернатор принц Георгий Ольденбургский и его жена, великая княгиня Екатерина Павловна, сестра Александра I, «изволили шествовать на отведенное под строительство нового храма место с крестным ходом и ... положить в основание два камня». Но нынешние свои очертания храм приобрел лишь к 1866 году, когда был перестроен на средства прихожан в популярном в те годы русско-византийском стиле.
