По преданию, на месте современного собора в 1538 году были возведены первые деревянные храмы Любима. Каменные строения появились лишь в середине XVIII века. Самая ранняя каменная постройка — колокольня, на которой было семь колоколов, весом более 198 пудов.
Богоявленский собор был построен в 1798 году на средства прихожан. В 1818 году устроен Федоровский придел на средства любимской купчихи К. С. Сторожевой. Собор каменный, одноглавый, с шатровой колокольней. Престолов два: во имя Богоявления Господня; во имя Федоровской иконы Божией Матери.
Архитектурно собор представляет собой бесстолпный четверик, соединённый через высокую арку в западной стене с широкой четырёхстолпной трапезной, которая первоначально служила зимней церковью с престолом во имя иконы Федоровской Богоматери. Главным элементом наружного убранства трапезной служат наличники окон, выполненные в виде простой рамки, включающей в себя филёнки над и под оконными проёмами.
Перед западным фасадом трапезной отдельно возвышается 35-метровая колокольня, представляющая собой увенчанный шатром восьмигранный столп на мощном кубическом основании. С её площадки звона открывается панорама долин рек Обноры и Учи. Зрительно выстраивается цепочка церквей города Любима, являющихся памятниками архитектуры XVIII — XIX веков.
В советский период в храме располагалась хлебопекарня, котельная, мастерская. В 2005 году началось возрождение собора. В настоящее время храм восстанавливается на частные пожертвования.
