За задумом Хаботіна, новий собор не повинен був підпорядковуватися як місцевій духовній, так і світській владі. Меценат 16 років добивався свого, поки міська влада не дозволила купити йому ділянку на перехресті вулиць Київської і Піліпоновської.
Після Жовтневої революції і до 1927 року церква діяла як храм української автокефальної православної общини. Під прологом ремонту храм закрили, після цього будівля церкви довгий час використовувалася не за призначенням. Тут розташовувався склад, а обіцяний ремонт так і не почався. У роки Другої світової війни храм повернули віруючим, він залишався діючим до 1960 року. Тоді були знесені малі куполи храму і зруйнована дзвіниця. Собор був частково перероблений під службові приміщення. Тривалий час тут знаходився обласне товариство «Знання», а згодом — театр ляльок. У підвалі розташовувався склад.
21 листопада 1991 року приміщення храму було повернуто релігійній громаді Української православної церкви Київського Патріархату, розпочалися служби. Настоятелем був призначений протоієрей Богдан Бойко. Після варварських руйнувань храм довелося відроджувати знову. Реконструкція продовжується до сьогодні.
З періоду заснування храму на стінах собору уціліли два фрагменти іконопису, зробленого ще у XIX столітті.