История собора начинается в 1633—1642 годах, когда было построено здание, служившее храмом католического монастыря бернардинок, По инвентарной описи 1784 года, там, где находится собор, но немного в сторону бывшей Космодемьяновской (Козьмодемьяновской) улицы существовал православный Космодемьяновский монастырь, в начале XVII века обращённый в униатски. С 1860 года прежний костел стал православным храмом. Здание не раз перестраивалось.