В 1717 году по указу императора Петра I в центре Кронштадтской крепости началось строительство деревянного собора во имя святого апостола Андрея Первозванного. Строительство велось на средства князя Александра Даниловича Меншикова, а работы выполняли солдаты, занятые на возведении крепостных сооружений. Место для храма было выбрано вблизи дома Меншикова, известного как Итальянский дворец. Освящение собора состоялось 13 июля 1718 года в присутствии императора. Этот храм служил как для гражданского населения города, так и для моряков до постройки Богоявленской Морской церкви.
В последующие десятилетия деревянный собор неоднократно перестраивался и расширялся. В 1764 году был заложен новый каменный собор по проекту архитектора А. Ф. Виста. Однако в 1766 году произошло обрушение куполов, что привело к аресту зодчего. Строительство продолжилось под руководством архитектора А. А. Иванова и было завершено в 1768 году, хотя полное освящение состоялось лишь в 1781 году. В 1784–1786 годах была надстроена двухъярусная каменная колокольня.
В 1805 году началось строительство нового каменного собора по проекту архитектора Чарльза Камерона. Однако в процессе строительства возникли технические сложности, и работы были продолжены по новому проекту архитектора Андрея Дмитриевича Захарова. Захаров также разработал проект иконостаса, выполненного Петром Ивановичем Брюлловым. Скульптурное оформление собора было создано академиками Н. П. Александровым, И. Ворошиловым и И. Г. Крыловым, а росписи — академиками живописи Л. С. Миропольским и А. Л. Витбергом. Освящение собора состоялось 26 августа 1817 года епископом Ревельским Филаретом.
В период с 1853 по 1855 годы к северному и южному фасадам собора были пристроены боковые приделы, в результате чего план храма стал крестообразным. В правом приделе был освящён престол во имя апостолов Петра и Павла, в левом — во имя Покрова Пресвятой Богородицы. Строительство велось без остановки даже во время Крымской войны. Освящение главного престола было совершено 19 марта 1855 года местным духовенством в присутствии великого князя генерал-адмирала Константина Николаевича.
12 декабря 1855 года, после окончания Санкт-Петербургской духовной академии, в собор был назначен младший священник Иоанн Ильич Сергиев, впоследствии известный как святой праведный Иоанн Кронштадтский. Он прослужил в соборе 53 года до самой своей смерти, став в 1897 году его настоятелем. Проповеди отца Иоанна привлекали тысячи верующих, и его деятельность значительно повысила духовное значение собора.
В 1876–1877 годах собор был расширен на западные стороны на средства почётного гражданина Владимира Дмитриевича Никитина. Одновременно был обустроен соборный сквер, а решётка вокруг него была изготовлена на заводе «Сен-Галли» в Петербурге на пожертвования Иоанна Ильича Сергиева.
В 1932 году, в период антирелигиозной политики советского государства, Андреевский собор был разрушен. На его месте был установлен памятник Ленину. В настоящее время на месте собора установлен памятный знак, напоминающий о некогда существовавшем храме.
