В 1687 году в Толчковской слободе Ярославля был возведён пятиглавый каменный храм в честь Феодоровской иконы Божией Матери. Строительство осуществлялось на средства местных жителей, которые выбрали за образец Вознесенскую церковь в Кондаковой слободе. В строительстве принимали участие как сами слобожане, выполняя подготовительные работы, так и приглашённые профессиональные каменщики.
Архитектурно храм представляет собой массивный четырёхстолпный четверик высотой 14 метров, увенчанный пятью высокими главами. Центральная глава достигает высоты 22 метров. Барабаны украшены аркатурно-колончатыми поясами и высокими узкими окнами, обеспечивающими хорошее освещение интерьера. В 1736 году с западной стороны была пристроена закрытая паперть с высоким крыльцом, а позднее с южной стороны — придел в честь Тихвинской иконы Божией Матери.
В 1705 году в храме был установлен золочёный резной иконостас, выполненный мастерами Василием Комаром и Степаном Вороной. Иконы для иконостаса были написаны ярославским изографом Илларионом Севастьяновым и костромским мастером Гурием Никитиным. В 1715 году артелью Фёдора Фёдорова и Фёдора Игнатьева были выполнены росписи храма, состоящие из семи рядов фресок, изображающих прославление Богородицы и историю Феодоровской иконы Божией Матери.
В советское время храм оставался действующим, что способствовало сохранению его архитектурного облика и внутреннего убранства. После разрушения Успенского собора он получил статус кафедрального собора Ярославской епархии.
