В 1765 году на месте будущего собора было основано первое кладбище Ижевска, где в 1784 году построили деревянную Свято-Троицкую церковь, сгоревшую в пожаре 1810 года. В 1855 году на этом месте возвели каменную часовню в честь Архангела Михаила.
В 1876 году было принято решение о строительстве нового храма на месте Михайловской часовни. Рабочие Ижевского завода начали отчислять 1% от своей зарплаты на эти цели, и к 1896 году было собрано 63 000 рублей. Проект храма поручили вятскому архитектору Ивану Александровичу Чарушину, который предложил построить собор в русском стиле, вдохновляясь храмом Василия Блаженного в Москве.
Закладка собора состоялась в 1897 году, и к 1907 году основные строительные работы были завершены. Главный престол был освящен 4 ноября 1915 года во имя Святого Архистратига Михаила. Собор имел три престола: главный — во имя Архангела Михаила, южный — в честь Николая Чудотворца и северный — в честь мученицы Александры.
В марте 1929 года Ижевский городской совет принял решение о расторжении договоров с религиозными общинами, включая Михайловский собор. Собор был закрыт и опечатан, а с 1932 по 1937 годы в его здании размещался Областной музей краеведения. В апреле 1937 года было принято решение о сносе собора, и вскоре он был разрушен.
В 2000 году было принято постановление о воссоздании Свято-Михайловского собора. В мае 2004 года состоялась закладка креста в основание будущего храма. 16 мая 2007 года был освящен нижний храм в честь святых мучениц Веры, Надежды, Любови и матери их Софии. 5 августа 2007 года Патриарх Алексий II освятил главный престол, посвященный Архистратигу Михаилу.
