Собор имеет непростую историю. Строительство храма было приурочено к 900-летию крещения Руси. Сам собор назван в честь Владимира Великого. Создание проекта и воплощение его в жизнь заняло 20 лет: с 1862 по 1882 год. Длительным был период внутренней росписи стен: только для оформления одной стены собора Васнецову потребовалось более двух лет усердной работы. Освящение собора произошло в 1896 году. Здание чудом не было разрушено большевиками во время эпохи СССР. С 1929 года в здании собора располагался антирелигиозный музей. Только с 1992 года собор снова приобрел свое историческое значение и перешел под патронат УПЦ Киевского патриархата. Сегодня здесь представлены главнее христианские святыни: мощи Святой Варвары, Святого Макария Киевского, икона Святого Николая Чудотворца с частичкой его мощей и прочие чудотворные предметы.