Закладка храма состоялась 15 сентября 1846 года. Инициатором строительства выступил екатеринбургский купец Арсений Стефанович Телегин, который пожертвовал значительные средства на возведение храма. Первоначально проект предусматривал строительство однопрестольного каменного храма с колокольней. Строительство продолжалось до 1860 года, и 12 сентября того же года епископ Екатеринбургский Варлаам совершил освящение храма.
Архитектурный облик собора выполнен в стиле сибирского барокко. Здание представляет собой двухъярусный храм с пятиглавием и колокольней. Фасады украшены декоративными элементами, характерными для данного стиля. В интерьере храма сохранились настенные росписи и иконостас, выполненные в традициях Русской Православной Церкви.
В советский период, когда многие храмы подвергались закрытию и разрушению, Иоанно-Предтеченский собор продолжал функционировать, став единственным храмом в Екатеринбурге, не закрывавшимся в этот период.
