Костел доминиканцев имеет долгую историю. Первоначально это было деревянное культовое здание, выполненное в стиле барокко. Документы гласят, что деревянный храм был построен еще в 1624 году. С тех пор он некоторое время принадлежал доминиканцам, но во время восстания Богдана Хмельницкого, в середине ХVII столетия католики покинули храм, возвратившись в него значительно позднее. В 1779 году возле деревянной постройки начали закладывать каменный храм. С 1817 года новый храм перешел в собственность православных. Позднее собор приобрел современное название. Во время советской власти собор дважды закрывался, и только в 1990 году был полностью восстановлен в своих правах и назначен главным для Винницкой епархии.