Идея строительства нового собора возникла после железнодорожной катастрофы 17 октября 1888 года вблизи станции Борки, когда император Александр III и его семья чудом остались живы. В память об этом событии и в благодарность за спасение царской семьи было принято решение возвести в Екатеринодаре (ныне Краснодар) храм. Городская дума обязалась выделять два процента городских доходов на строительство, а также был организован сбор пожертвований среди населения. К 1895 году было собрано 50 тысяч рублей, что позволило приступить к реализации проекта.
Место для строительства было выбрано на Екатерининской площади, где ранее находилась ветхая деревянная церковь, построенная в 1814 году. Проект нового собора был разработан городским архитектором Иваном Клементьевичем Мальгербом в стиле позднего византийского возрождения. Строительство началось 23 апреля 1900 года, однако из-за нехватки средств и политических событий в стране работы затянулись на 14 лет. К 1911 году были завершены основные строительные работы, а в 1914 году состоялось торжественное освящение главного престола во имя святой великомученицы Екатерины.
Архитектурно собор представляет собой пятиглавый храм с колокольней, пристроенной к западному фасаду. Высота сооружения составляет 52 метра, длина — 58,4 метра, ширина — 48 метров. Стены выложены из красного керамического кирпича, что придает зданию характерный облик. Внутри собора размещены семь престолов: главный — во имя святой великомученицы Екатерины, а также приделы, посвященные Благовещению Пресвятой Богородицы, великомученице Варваре, Воскресению Христову, преподобному Сергию Радонежскому, Успению Пресвятой Богородицы и другим святым.
В советский период собор подвергся значительным изменениям. В 1922 году под предлогом помощи голодающим Поволжья из него были изъяты церковные ценности. В 1934 году собор был закрыт, и его помещения использовались под склады. В 1942 году, во время оккупации города, храм был вновь открыт для богослужений, однако полноценная деятельность возобновилась только в 1944 году после освобождения Краснодара. В этот период названия приделов были изменены, за исключением главного Екатерининского.
С 1982 года в соборе начались реставрационные работы, в ходе которых были обновлены настенные росписи и восстановлены элементы внутреннего убранства. К 1988 году, в честь 1000-летия Крещения Руси, в храме были завершены основные реставрационные мероприятия. В 1990 году собор приобрел звонницу из семи колоколов современного литья, а в 1992 году — колокол «Благовест» весом 1,5 тонны. К 2009 году количество колоколов достигло двенадцати.
