Строительство собора началось в 2005 году и завершилось в 2008 году.Проект храма разработали архитекторы В.И. Шеметов и А. Дейниченко.Первое богослужение состоялось 19 января 2008 года, в день праздника Богоявления.Официальное освящение храма было проведено митрополитом Волгоградским и Камышинским Германом 20 сентября 2009 года.
Архитектурно собор представляет собой пятикупольное здание, выполненное в традициях православного храмового зодчества. В цокольном этаже размещен конференц-зал, предназначенный для проведения различных мероприятий. Территория вокруг собора благоустроена; в частности, рядом с храмом оборудована детская площадка, что делает пространство привлекательным для посещения семьями с детьми.
С момента открытия собор стал центром духовной жизни города Фролово. В нем регулярно проводятся богослужения, церковные таинства и обряды. При храме действует православная община глухих и слабослышащих, созданная в 2017 году. Для членов общины организуются богослужения с сурдопереводом, паломнические поездки и другие мероприятия, направленные на их духовное окормление.