В 1701 году к Богоявленской церкви была пристроена церковь во имя апостола Андрея Первозванного. В 1731 году, после разрушительного пожара 1741 года, на средства купцов Ивана Афанасьевича Михляева и Сергея Александровича Чернова началось строительство каменного собора, завершившееся в 1756 году. Новый храм был выполнен в стиле русского барокко, с пятью куполами, увенчанными ажурными крестами. К храму примыкала трапезная и невысокая двухъярусная шатровая колокольня.
В конце XIX века возникла необходимость в строительстве новой колокольни. Купец первой гильдии и почётный гражданин Казани Иван Семёнович Кривоносов, ранее занимавший должность старосты Богоявленской церкви, завещал 35 тысяч рублей на эти цели. В 1893 году был объявлен конкурс на лучший проект колокольни в старорусском стиле. Проект архитектора Генриха Бернардовича Руша был отклонён, и строительство было поручено архитектору Михаилу Дмитриевичу Михайлову. Колокольня высотой 64 метра была возведена в 1897 году и стала самой высокой в Казани.
В советский период собор подвергся значительным изменениям. В 1930-е годы церковь Андрея Первозванного была разобрана. Собор был закрыт в 1935 году, его помещения использовались под различные хозяйственные нужды, включая спортивный зал и торговые мастерские. В этот период храм лишился внешней отделки, росписей и глав.
В 1960 году Богоявленская церковь и колокольня получили статус архитектурно-исторического памятника. В 1973 году была проведена реставрация, в ходе которой восстановлены утраченные элементы. В 1997 году собор был возвращён Русской Православной Церкви и вновь открыт для богослужений.
