Собор основан 4 октября 1552 года, в день торжественного въезда царя Ивана IV в Казань. Царь лично избрал место для будущего храма напротив дворца татарских ханов и мусульманских мечетей. Деревянная церковь была срублена в три дня; к сооружению же белокаменного храма приступили только в 1556 году. Завершен в 1562 г. и освящен 15 августа того же года.