В 1888 году Городская Дума приняла решение о строительстве храма-памятника в честь 900-летия крещения Руси. 15 июля 1888 года в Астрахани с величественным крестным ходом епископ Евгений на границе между русской и татарской слободами совершил освящение места под новый храм. В этом месте Астрахани тогда проживало около 11000 православных жителей. Татарская слобода Царев, начинавшаяся от места, где сейчас стоит собор и тянувшаяся вдоль берега Затона до самой речки Царев, представляла из себя обширный сплошной массив мусульман. Новый храм должен был способствовать приобщению татар-мусульман к православию или хотя бы для ознакомления их с православным богослужением, невольными зрителями которого они становились в дни торжественных празднеств, когда совершались крестные ходы или водосвятные молебны вне храма.
На освящение храма 15 июля 1892 года прибыл известнейший в то время священник отец Иоанн Кронштадтский.
Храм был закрыт в 1939 году. В нем был устроен склад.
В 60-х годах была предпринята попытка сноса храма, но астраханцы были возмущены этими замыслами. Существует легенда, о том, что на купол собора забралась женщина и привязала себя к кресту, а живущие рядом татары окружили церковь живым кольцом и трое суток сидели и жгли костры, не допуская никого к храму. В результате чего городские власти изменили свое решение.
В 1967 году было решено переоборудовать собор под помещение городского автовокзала. И только в 1999 году автовокзал перенесли на площадь перед железнодорожным вокзалом, а собор был возвращен Церкви.