Будівництво собору розпочалося в 1991 році і тривало майже 10 років. Роботи проводилися засобами і зусиллями міської громади, пожертвами від підприємств міста. 16 лютого 2001 року собор урочисто освячений у присутності настоятеля УПЦ МП Володимира, який подарував собору ікону Різдва Христового, єпископа Овруцького та Коростенського та представників міської адміністрації. Храм має другу назву - Ольгинська церква, так як нижній храм присвячений Рівноапостольній княгині Ользі. Це пов’язано з історичними подіями, що стосуються міста. У першій половині X століття, Коростень (Іскоростень) був столицею деревлянської землі, яку київський князь Ігор обклав непомірними податками. Під час чергового грабіжницького наїзду князя з дружинниками в 945 році, жителі Коростеня їх вбили. Дружина Ігоря, княгиня Ольга, жорстоко помстилася за смерть чоловіка. Вона спалила місто Іскоростень і підпорядкувала деревлян своєї влади. Але ставши християнкою, Ольга розкаялася в злочині і веліла спорудити на місці Коростеня православний храм, куди приїжджала молитися про прощення гріхів.